Apakah peluasan volumetrik? (Dengan contoh)



Peleburan volumetrik adalah fenomena fizikal yang membayangkan variasi dalam tiga dimensi badan. Jumlah atau dimensi kebanyakan bahan meningkat apabila dikenakan panas; Ini adalah fenomena yang dikenali sebagai pengembangan termal, tetapi ada juga bahan yang kontrak apabila dipanaskan.

Walaupun perubahan volumnya agak kecil untuk pepejal, mereka mempunyai kepentingan teknikal yang sangat penting, terutamanya dalam keadaan di mana ia diinginkan untuk menyertai bahan yang berkembang dengan cara yang berbeza..

Bentuk beberapa pepejal mengalami gangguan apabila dipanaskan dan boleh berkembang di beberapa arah dan kontrak di lain-lain. Walau bagaimanapun, apabila hanya dilancarkan dalam beberapa dimensi, ada klasifikasi untuk pengembangan seperti:

  • Pelebaran linear berlaku apabila variasi dalam dimensi tertentu mendominasi, seperti panjang, lebar atau ketinggian tubuh.
  • Pelepasan cetek adalah bahawa di mana variasi dalam dua dari tiga dimensi mendominasi.
  • Akhirnya, pelarasan volumetrik membayangkan variasi dalam tiga dimensi badan.

Indeks

  • 1 Konsep asas yang berkaitan dengan pengembangan haba
    • 1.1 Tenaga terma
    • 1.2 Heat
    • 1.3 Suhu
  • 2 Apakah sifat asas pengembangan terma??
  • 3 Apakah punca asas perkembangan terma??
    • 3.1 pengembangan linear
    • 3.2 Pelapisan permukaan
    • 3.3 Peleburan volumetrik
  • 4 Contoh
  • 5 Bibliografi

Konsep asas berkaitan pengembangan terma

Tenaga terma

Matter terdiri daripada atom yang bergerak secara berterusan, sama ada bergerak atau bergetar. Tenaga kinetik (atau pergerakan) dengan mana pergerakan atom dipanggil tenaga haba, semakin cepat mereka bergerak, semakin banyak tenaga haba yang mereka miliki.

Haba

Haba adalah tenaga termal yang dipindahkan antara dua atau lebih bahan atau dari satu bahan ke yang lain pada skala makroskopik. Ini bermakna bahawa tubuh panas boleh menyerah sebahagian daripada tenaga habanya dan menjejaskan badan yang dekat dengannya.

Jumlah tenaga haba yang dipindahkan bergantung kepada sifat badan berhampiran dan medium yang memisahkannya.

Suhu

Konsep suhu adalah asas untuk mengkaji kesan haba, suhu badan adalah ukuran keupayaannya untuk memindahkan haba ke badan-badan lain.

Dua badan yang bersentuhan atau dipisahkan oleh medium yang sesuai (konduktor haba) akan berada pada suhu yang sama jika tidak ada aliran haba di antara mereka. Begitu juga, badan X akan dijumpai pada suhu yang lebih besar daripada badan dan jika haba mengalir dari X ke Y.

Apakah sifat asas pengembangan haba?

Ia jelas berkaitan dengan perubahan suhu, semakin tinggi suhu, semakin besar perkembangannya. Ia juga bergantung kepada struktur dalaman bahan, dalam termometer, pengembangan merkuri adalah jauh lebih besar daripada pengembangan kaca yang mengandunginya.

Apakah sebab utama perkembangan terma??

Peningkatan suhu menunjukkan peningkatan tenaga kinetik atom individu dalam bahan. Dalam pepejal, tidak seperti gas, atom atau molekul yang rapat, tetapi tenaga kinetik mereka (dalam bentuk kecil, getaran cepat) memisahkan bersama-sama atom atau molekul.

Pemisahan antara atom-atom jiran menjadi semakin besar dan menghasilkan peningkatan saiz pepejal.

Bagi kebanyakan bahan-bahan di bawah keadaan biasa, tidak ada arah keutamaan di mana pengembangan haba berlaku, dan peningkatan suhu akan meningkatkan saiz pepejal dengan satu nombor pecahan tertentu dalam setiap dimensi.

Dilaraskan linear

Contoh paling mudah dilancarkan adalah pengembangan dalam satu dimensi (linear). Secara eksperimen mendapati bahawa perubahan panjang ΔL bahan adalah berkadaran dengan perubahan suhu ΔT dan panjang awal Lo (Rajah 1). Kita boleh mewakili ini dengan cara berikut:

DL = aLoDT

di mana α ialah koefisien kepekaan yang dipanggil pekali pengembangan linear dan ciri setiap bahan. Sesetengah nilai pekali ini ditunjukkan dalam jadual A.

Pekali pengembangan linear adalah lebih tinggi untuk bahan yang mengalami pengembangan yang lebih besar untuk setiap sentimeter darjah yang menaikkan suhunya.

Pelebaran permukaan

Apabila mengambil kapal terbang dalam badan yang kukuh, supaya pesawat ini mengalami pengembangan haba (Rajah 2), perubahan di kawasan ini Aa diberikan oleh:

DA = 2aA0

di mana ΔA adalah perubahan di kawasan awal Ao, ΔT ialah perubahan suhu dan α adalah pekali pengembangan linear.

Peluasan volumetrik

Seperti dalam kes-kes terdahulu, perubahan dalam volum ΔV boleh dianggarkan dengan hubungan (Rajah 3). Persamaan ini biasanya ditulis seperti berikut:

DV = bVoDT

mana β adalah pekali pengembangan isipadu dan lebih kurang sama dengan 3α Λα τα ßλα dua nilai pekali pengembangan isipadu untuk beberapa bahan yang ditunjukkan.

Secara umum, bahan-bahan akan berkembang di bawah peningkatan suhu, air adalah pengecualian yang paling penting kepada peraturan ini. Air mengembang apabila suhu meningkat apabila ia lebih tinggi daripada 4ºC.

Walau bagaimanapun, ia juga berkembang apabila menurun suhunya dalam lingkungan 4 ° C hingga 0 ° C. Kesan ini dapat diperhatikan apabila air diletakkan di dalam peti sejuk, air mengembang apabila beku dan sukar untuk mengeluarkan ais dari bekasnya dengan pengembangan ini.

Contohnya

Perbezaan dalam peleburan volumetrik boleh menyebabkan kesan menarik di stesen minyak. Contohnya ialah titisan petrol dalam tangki yang baru saja dipenuhi pada hari yang panas.

Petrol menyejukkan tangki keluli apabila ia dituangkan, dan kedua-dua petrol dan tangki berkembang dengan suhu udara sekitarnya. Walau bagaimanapun, petrol melancarkan jauh lebih cepat daripada keluli, dan dengan itu menetes keluar dari tangki.

Perbezaan pengembangan antara petrol dan tangki yang mengandunginya boleh menyebabkan masalah semasa membaca penunjuk paras bahan api. Jumlah petrol (jisim) yang ditinggalkan dalam tangki apabila penunjuk mencapai tahap vakum jauh lebih rendah pada musim panas daripada musim sejuk.

Petrol mempunyai jumlah yang sama di kedua-dua stesen apabila lampu amaran datang, tetapi kerana petrol dilates pada musim panas, ia mempunyai jisim yang lebih rendah.

Sebagai contoh, ia boleh dianggap sebagai tangki petrol keluli penuh, dengan kapasiti 60L. Sekiranya suhu tangki dan petrol adalah 15ºC, berapa gas akan tertumpah apabila mencapai suhu 35ºC?

Tangki dan petrol akan meningkat dalam jumlah disebabkan kenaikan suhu, tetapi petrol akan meningkat lebih daripada tangki. Oleh itu, petrol yang tertumpah akan menjadi perbezaan perubahan volum anda. Persamaan pengembangan volumetrik kemudiannya dapat digunakan untuk menghitung perubahan volume:

Jumlah kuantiti yang tertumpah oleh kenaikan suhu adalah:

Menggabungkan 3 persamaan dalam satu, kita mempunyai:

Dari jadual 2, nilai pekali pengembangan volumetrik diperoleh, menggantikan nilai:

Walaupun jumlah ini petrol tumpah tidak begitu ketara berbanding tangki 60 L, kesan yang menghairankan kerana bahan api dan keluli berkembang sangat cepat.

Bibliografi

  1. Yen Ho Cho, Taylor R. Pengembangan Tenaga Terma ASM International, 1998.
  2. H. Ibach, Hans Lüth Fizik Pepejal-Negeri: Pengenalan Prinsip Sains Bahan Springer Sains & Media Perniagaan, 2003.
  3. Halliday D., Resnick R., Krane K. Fizik, Jilid 1. Wiley, 2001.
  4. Martin C. Martin, Charles A. Hewett Elemen Fisika Klasik Elsevier, 2013.
  5. Zemansky Mark W. Heat dan Thermodynamics. Editorial Aguilar, 1979.