Termal Dilatasyon, Katsayı, Çeşitleri ve Egzersizleri

ısıl genleşme bir vücut veya fiziksel nesnenin uğradığı çeşitli metrik boyutların (uzunluk veya hacim gibi) artması veya değişmesidir. Bu işlem, malzemeyi saran sıcaklığın artması nedeniyle gerçekleşir. Doğrusal genişleme söz konusu olduğunda, bu değişiklikler tek bir boyutta meydana gelir..

Bu genişlemenin katsayısı, işlemden önceki ve sonraki miktarın değeri karşılaştırılarak ölçülebilir. Bazı malzemeler ısıl genleşmenin tam tersidir; yani, "negatif" olur. Bu konsept, bazı malzemelerin belirli sıcaklıklara maruz kaldığında büzülmesini önerir..  

Katılara gelince, genleşmesini tanımlamak için doğrusal bir genleşme katsayısı kullanılır. Diğer taraftan, sıvıları hesaplamaları için hacimsel bir genleşme katsayısı kullanılır..

Kristalize katılar söz konusu olduğunda, eğer izometrik ise, dilatasyon kristalin tüm boyutlarında genel olacaktır. İzometrik değilse, kristal boyunca farklı genleşme katsayıları bulunabilir ve sıcaklık değiştirilirken boyutunu değiştirir.

indeks

• 1 ısıl genleşme katsayısı
• 2 Negatif termal genleşme
• 3 Türleri
  • 3.1 Doğrusal genişleme
  • 3.2 Volumetrik genişleme
  • 3.3 Yüzey veya alan genişlemesi
• 4 Örnek
  • 4.1 İlk egzersiz (doğrusal genişleme)
  • 4.2 İkinci egzersiz (yüzeysel genişleme)
• 5 Neden genişleme oluyor??
• 6 Kaynakça

Termal genleşme katsayısı

Termal genleşme katsayısı (Y), bir malzemenin sıcaklığındaki değişiklik nedeniyle geçtiği değişim yarıçapı olarak tanımlanır. Bu katsayı, katılar için α sembolü ve sıvılar için β sembolü ile gösterilir ve Uluslararası Birimler Sistemi tarafından yönlendirilir..

Isıl genleşme katsayıları katı, sıvı veya gaz söz konusu olduğunda değişir. Her birinin farklı bir özelliği vardır.

Örneğin, bir katının genişlemesi bir uzunluk boyunca görülebilir. Hacim katsayısı, akışkanlar söz konusu olduğunda en temellerden biridir ve değişiklikler her yönde dikkat çekicidir; bu katsayı gazın genleşmesini hesaplarken de kullanılır..

Negatif termal genleşme

Negatif termal genleşme, bazı malzemelerde, yüksek sıcaklıklarla boyutlarını artırmak yerine, düşük sıcaklık nedeniyle büzüşen bazı malzemelerde ortaya çıkar..

Bu ısıl genleşme türü, genellikle buzda olduğu gibi yön etkileşimlerinin gözlendiği açık sistemlerde veya diğerleri arasında Cueo gibi bazı zeolitlerde olduğu gibi karmaşık bileşiklerde de görülür..

Ayrıca, bazı araştırmalar negatif termal genleşmenin tek bileşenli kafeslerde kompakt biçimde ve merkezi bir kuvvet etkileşimi ile ortaya çıktığını göstermiştir.

Bir bardak suya buz eklerken net bir termal genleşmenin açık bir örneği görülebilir. Bu durumda, buzun üzerinde bulunan sıvının yüksek sıcaklığı, boyutta herhangi bir artışa neden olmaz, aksine aynı maddenin boyutunu azaltır.

tip

Fiziksel bir nesnenin genişlemesini hesaplarken, sıcaklık değişikliğine bağlı olarak, söz konusu nesnenin boyutunu küçültebileceği veya daraltabileceği dikkate alınmalıdır..

Bazı nesneler, boyutlarını değiştirmek için sert bir sıcaklık değişikliği gerektirmez, bu nedenle hesaplamalar tarafından atılan değerin ortalama olması muhtemeldir..

Tüm işlemler gibi, termal genleşme de her bir olguyu ayrı ayrı açıklayan birkaç türe ayrılır. Katılar söz konusu olduğunda, termal genleşme türleri doğrusal genişleme, hacimsel genişleme ve yüzey genişlemesidir..

Doğrusal dilatasyon

Doğrusal genişlemede, tek bir varyasyon hakimdir. Bu durumda, değişime uğrayan tek birim nesnenin yüksekliği veya genişliğidir..

Bu dilatasyon tipini hesaplamanın kolay bir yolu, sıcaklık değişiminden önceki miktarın değerini sıcaklık değişiminden sonraki miktarın değeriyle karşılaştırmaktır..

Hacimsel dilatasyon

Hacimsel dilatasyon durumunda, bunu hesaplamanın yolu, sıcaklıktaki değişiklikten önce akışkanın hacminin sıcaklıktaki değişiklikten sonraki akışkanın hacmi ile karşılaştırılmasıdır. Hesaplamak için formül:

Yüzey veya alan dilatasyonu

Yüzeysel genişleme söz konusu olduğunda, vücutta veya cisimlerdeki alandaki artış, 1 ° C'de sıcaklığında bir değişiklik olduğunda gözlenir..

Bu genişleme katılar için işe yarar. Ayrıca doğrusal katsayısına sahipseniz, nesnenin boyutunun iki kat daha büyük olacağını görebilirsiniz. Hesaplamak için formül:

bir_F = A₀ [1 + YA (T_F - T₀)]

Bu ifadede:

γ = alan genleşme katsayısı [° C^-1]

bir₀ = İlk alan

bir_F = Son alan

T₀ = İlk sıcaklık.

T_F = Son sıcaklık

Alan dilasyonu ve lineer dilasyon arasındaki fark, ilkinde, obje alanında bir artış değişikliği olduğu ve ikincisi de değişimin, tek bir birim ölçümünde olduğu (uzunluk veya fiziksel nesnenin genişliği).

Örnekler

İlk egzersiz (doğrusal genişleme)

Çelikten yapılmış bir trenin raylarını oluşturan rayların uzunluğu 1500 m'dir. Sıcaklığın 24 ila 45 ° C olduğu zamanki uzunluk kaç olacaktır?

çözüm

veriler:

L0 (başlangıç ​​uzunluğu) = 1500 m

L_F (son uzunluk) = ?

Tο (başlangıç ​​sıcaklığı) = 24 ° C

T_F (son sıcaklık) = 45 ° C

α (çeliğe karşılık gelen doğrusal genleşme katsayısı) = 11 x 10^-6 ° C^-1

Veriler aşağıdaki formülde değiştirilmiştir:

Ancak, öncelikle bu verileri denkleme dahil etmek için sıcaklık farkının değerini bilmeliyiz. Bu farkı almak için en yüksek sıcaklığı en düşük seviyeden çıkartmanız gerekir..

=t = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Bu bilgi bilindikten sonra önceki formülü kullanmak mümkündür:

Lf = 1500 m (1 + 21 ° C, 11 x 10^-6 ° C^-1)

Lf = 1500 m (1 + 2,31 x 10^-4)

Lf = 1500 m (1.000231)

Lf = 1500.3465 m

İkinci alıştırma (yüzeysel genişleme)

Bir lisede, bir cam satışı, sıcaklık 21 ° C ise, 1.4 m ^ 2 alana sahiptir. Sıcaklığı 35 ° C'ye çıkarırken son alanınız ne olacak?

çözüm

Af = A0 [1 + (Tf - T0)]

Af = 1,4 m² [1] 204,4 x 10^-6]

Af = 1,4 m² . 1.0002044

Af = 1.40028616 m²

Genişleme neden olur??

Herkes tüm malzemenin çeşitli atom altı parçacıklardan oluştuğunu bilir. Sıcaklığı yükselterek veya düşürerek değiştirerek, bu atomlar nesnenin şeklini değiştirebilen bir hareket sürecine başlar.

Sıcaklık yükseldiğinde, moleküller kinetik enerjinin artması nedeniyle hızla hareket etmeye başlar ve bu nedenle nesnenin şekli veya hacmi artacaktır..

Negatif sıcaklıklarda, bunun tersi olur, bu durumda nesnenin hacmi genellikle düşük sıcaklıklar tarafından daraltılır..

referanslar

1. Lineer, Yüzeysel ve Volumetrik Dilatasyon - Egzersizler. Fisimat’tan 8 Mayıs 2018’te Kurtarıldı: fisimat.com.mx
2. Yüzeysel Dilatasyon - Çözülmüş Egzersizler. Fisimat'tan 8 Mayıs 2018'de alındı: fisimat.com.mx
3. Isıl Genleşme. 8 Mayıs 2018 tarihinde Encyclopædia Britannica'dan alındı: britannica.com
4. Isıl Genleşme. 8 Mayıs 2018'de Hyper Physics Concepts'den alındı: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Isıl Genleşme. 8 Mayıs 2018'de Lumen Learning'den alındı: courses.lumenlearning.com
6. Isıl Genleşme. 8 Mayıs 2018 tarihinde The Physics Hypertextbook'tan alındı: physics.info
7. Isıl Genleşme. 8 Mayıs 2018'de Wikipedia'dan alındı: en.wikipedia.org.