Lämmön laajentuminen

Selitämme, mikä on lämmön laajentuminen, olemassa olevat tyypit ja annamme useita esimerkkejä

Veden lämmön laajentuminen

Mikä on lämmön laajentuminen?

Se Lämmön laajentuminen o Lämpölaajennus on kehon mittojen lisääntyminen, kun ne kuumenevat. Se tapahtuu melkein kaikilla materiaaleilla, paitsi joillakin, jotka laajenevat, kun ne jäätyvät, kuten esimerkiksi vesi ja etikkahappo.

Ilmiön selitys on hiukkasten lämmön levottomuudessa. Kineettisen teorian mukaan aineita muodostavat molekyylit eivät ole levossa, vaan pysyvässä liikkeessä.

Kiinteissä aineissa hiukkaset värähtelevät kiinteän pisteen ympärillä, mutta nostamalla lämpötilaa värähtelyn amplitudi kasvaa, ja seurauksena esine laajenee.

Tätä lämpötilan laajenemismateriaalien ominaisuutta käytetään monissa sovelluksissa, esimerkiksi bimetallisissa nesteissä ja nauhoissa, ne taitetaan tietyllä tavalla nostamalla lämpötilaa ja tällä tavalla piirit voidaan avata tai suljella.

Toisinaan lämmön laajentuminen aiheuttaa kuitenkin haittaa, kuten hartsien tapauksessa hammaslääketieteen rappeutumiseen. Nämä hartsit laajenevat kuumuudella nopeammin kuin hampaat, aiheuttaen epämukavuutta, kun kuumat juomat nautitaan.

Jos lämpölaajennusta ei oteta huomioon suunnittelussa, pala tai esine voi menettää toiminnallisuuden, kun jostain syystä lämpötila nousee.

Lämmön laajentumisen tyypit

Nämä rautatie kiskot on rakennettu jättäen raon tai raon, jotta lämmön laajentuminen ei aiheuta sisäisiä jännitteitä, jotka muodostuvat kiskoista

Suurin osa materiaaleista laajenee lämmittäessä, mutta muutama tekee aivan päinvastoin, joten periaatteessa on kahden tyyppinen lämpölaajennus:

• Yleisimmin, joka tapahtuu, kun Materiaali kasvaa Yksinkertaisesti sen mitat lämpötilan kanssa ja sitä kutsutaan dilataatio jompikumpi Lämpölaajeneminen.
• Negatiivinen lämmön laajennus, Jos aine kohauttaa kun.

Se voi palvella sinua: säteilylämmönsiirto (esimerkeillä)

Objektin hallitsevien mittojen mukaan lämmön laajeneminen voi olla lineaarinen, pinnallinen tai tilavuus. Esimerkiksi, jos sinulla on ohut lanka tai palkki, objektia pidennetään ja dilaatio on lineaarinen, koska pituutta on ensisijaisesti muokattu.

Toisaalta, kun ohut arkki lämmitetään, mikä kasvaa, on sen pinnallinen alue, kun taas kolmiulotteinen esine nostaa sen tilavuuden. Jokaisessa näissä tapauksissa on yksinkertainen yhtälö, joka täyttyy hyvällä lämpötila -alueella.

1. Lineaarinen laajentuminen

Ohut sauvan, tanko tai langan pituuden muutos merkitään ΔL: ksi ja on suoraan verrannollinen lämpötilan muutokseen Δt ja alkuperäinen pituus L_jompikumpi-

ΔL = α⋅l_jompikumpiΔt

Missä:

• ΔL = lopullinen pituus - alkupituus = l_F - Lens_jompikumpi
• Δt = lopullinen lämpötila - alkulämpötila = t_F - T_jompikumpi
• α on suhteellisuusvakio, nimeltään lineaarinen laajennuskerroin , positiivinen, jos pituus kasvaa lämpötilan kanssa.

Eri aineiden α -arvot, lämpötilan käänteisyksiköissä, ovat melkein aina 20 ºC: n kohdalla, vaikka arvo pysyy vakiona hyvällä lämpötila -alueella.

Aikaisempi yhtälö voidaan kirjoittaa uudelleen lopullisen pituuden laskemiseksi:

Lens_F = L_jompikumpi + αL_jompikumpiΔt = l_jompikumpi(1 + αδt)

2. Pinnallinen dilaatio

Analoginen edellisen yhtälön kanssa, laminaalle, jolla on alkupinta S_jompikumpi , Voidaan osoittaa, että uusi pinta s_F Se on annettu:

S_F = S_jompikumpi + 2αS_jompikumpi Δt

3. Tilavuuslaulatus

Lopuksi alkuperäiselle tilavuusobjektille V_jompikumpi , Uusi osa V_F On:

V_F = V_jompikumpi + 3a V_jompikumpi Δt

Esimerkkejä lämmön laajenemisesta

Kuuma ilma ilmapalloissa

Ilma maapallon sisällä laajenee lämmitettäessä. On kätevää olla tuomatta sitä liian lähelle liekkiä

Kun lämmitetään ilmaa ilmapalloa, se paisuu, koska sisällä oleva kaasu laajenee lämpötilan nousun vuoksi. Se tarkistetaan helposti peittämällä lasipullo tyhjentyneellä ilmapallolla, joka on upotettu kuumaan veteen. Pian nähdään, että ilmapallo alkaa paisua.

Voi palvella sinua: Materiaalimekaniikka: Historia, opiskelukenttä, sovellukset

Laajennusliitokset jalkakäytävillä ja teillä

Hampaiden muotoinen laajennuslauta betonisillassa

Jalkakäytävien ja liikennereittien rakentamisessa laajennusliitoksiin jätetään marginaali, joka koostuu laattojen välisestä erottelusta siten, että lämpötilan noustessa ne eivät halkeilla.

Valtatiellä ja betonisilloilla välilyönteillä on joustava materiaali tai laajennusliitokset hampaiden muodossa, jotka nousevat keskenään, jättäen tilat. Tällä tavoin betonilla on marginaali laajentua ja supistumaan lämpötilan muutosten kanssa.

Murtumat lasissa

Lasimurhat ennen äkillisiä lämpötilan muutoksia. Jos kylmä lasi on täynnä erittäin kuumaa vettä, materiaali kuumenee, aiheuttaen jossain paikoissa laajentumista, mikä aiheuttaa sisäisiä jännitteitä, jotka johtavat murtumiin.

Vastoin sitä, mitä ajatellaan, paksut lasimurut helpommin kuin ohut lasi. Se johtuu tosiasiasta.

Veden jäätyminen

Vesi on esimerkki negatiivisesta lämmön laajenemisesta, ts. Se laajenee jäähdytyksen aikana, ilmiö, joka tapahtuu välillä 0 - 4 ºC. Kuten tiedetään, kun jäädyttää täysin täydellisen pullon vettä, se halkeilee.

Tämä veden laatu mahdollistaa kuitenkin jokien ja järven taustan.

Voi palvella sinua: piilevä lämpö

Sähkövalaistus

Sähkön asetuskaapeleita ei ole sijoitettu suorassa linjassa kahden pylvään välillä, vaan jättäen jonkin verran marginaalia ripustaakseen vähän, muodostaen käyrän muodostaen. Se johtuu siitä, että kun sää muuttuu hyvin kylmäksi, johdotus pyrkii sopimukseen.

Toisaalta, kun sää on erittäin kuuma, on yleistä nähdä, että sähköiset asettavat kaapelit rentoutuvat ja roikkuvat paljon.

Lentokoneiden niitti

Lentokoneissa niitä käytetään alumiinia, jotka on valmistettu liittämään osiin, ja ne on aina tehty suurempia kuin vastaava reikä. Sitten, ennen kuin laitat heidät paikoilleen, sinun on supistuttava ne, jäähdytettävä ne kuivalla jäällä.

On monia syitä, miksi niittejä suositellaan kerran lentokoneiden hitsauksesta. Esimerkiksi ilma -aluksen valmistuksessa käytetyn alumiinin tyyppi on vaikea hitsata ja vaikka se saavutetaan, hitsaus lopulta heikentää materiaalia. Toisaalta niittien tarkastaminen ja korjaaminen on helpompaa.

Liikuntaa

Pronssista valmistettu ohut sauva on 0.5 m pitkä - 20.0 ºC. Laske sauvan pituus kuumennettaessa 50: een.0 ºC, tietäen, että pronssin lineaarinen laajentumiskerroin 20 ºC: lla on: 19 × 10^-6 ºC^-1 .

Ratkaisu

Koska palkki on ohut, lineaarisen laajennuksen yhtälö sovelletaan:

Lens_F = L_jompikumpi (1 + αδt)

Se riittää korvaamaan lauseessa näkyvät arvot:

Δt = (50,0 −20,0) ºC = 30,0 ºC

Lens_F = 0.5 (1 + 19 × 10^-6 × 30) m = 0.500285 m