Thermische dilatatie, coëfficiënt, typen en oefeningen

de thermische uitzetting is de toename of variatie van verschillende metrische dimensies (zoals lengte of volume) die een lichaam of fysiek object heeft. Dit proces gebeurt als gevolg van de toename van de temperatuur rond het materiaal. In het geval van lineaire dilatatie treden dergelijke veranderingen op in een enkele dimensie.

De coëfficiënt van deze dilatatie kan worden gemeten door de waarde van de hoeveelheid voor en na het proces te vergelijken. Sommige materialen hebben het tegenovergestelde van thermische uitzetting; dat wil zeggen, het wordt "negatief". Dit concept stelt voor dat sommige materialen samentrekken bij blootstelling aan bepaalde temperaturen.  

Wat vaste stoffen betreft, wordt een lineaire uitzettingscoëfficiënt gebruikt om de uitzetting ervan te beschrijven. Aan de andere kant wordt een volumetrische uitzettingscoëfficiënt gebruikt voor de vloeistoffen om de berekeningen uit te voeren.

In het geval van gekristalliseerde vaste stoffen is, indien deze isometrisch is, de verwijding algemeen in alle dimensies van het kristal. Als het niet isometrisch is, kunnen er verschillende uitzettingscoëfficiënten langs het kristal worden gevonden en zal het bij het veranderen van de temperatuur van grootte veranderen.

index

• 1 Coëfficiënt van thermische uitzetting
• 2 Negatieve thermische uitzetting
• 3 soorten
  • 3.1 Lineaire uitbreiding
  • 3.2 Volumetrische dilatatie
  • 3.3 Uitzetting van het oppervlak of het oppervlak
• 4 voorbeelden
  • 4.1 Eerste oefening (lineaire dilatatie)
  • 4.2 Tweede oefening (oppervlakkige verwijding)
• 5 Waarom vindt uitzetting plaats??
• 6 Referenties

Coëfficiënt van thermische uitzetting

De thermische uitzettingscoëfficiënt (Y) wordt gedefinieerd als de radius van verandering waardoor een materiaal is gepasseerd als gevolg van de verandering in de temperatuur ervan. Deze coëfficiënt wordt weergegeven door het symbool α voor vaste stoffen en β voor vloeistoffen en wordt geleid door het internationale systeem van eenheden.

De thermische uitzettingscoëfficiënten variëren als het gaat om vaste stof, vloeistof of gas. Elke kamer heeft een andere bijzonderheid.

De verwijding van een vaste stof kan bijvoorbeeld over een lengte worden gezien. De volumetrische coëfficiënt is een van de meest basale voorzover het vloeistoffen betreft en de veranderingen zijn opmerkelijk in alle richtingen; deze coëfficiënt wordt ook gebruikt bij het berekenen van de expansie van een gas.

Negatieve thermische uitzetting

De negatieve thermische uitzetting treedt op in sommige materialen die, in plaats van hun grootte te vergroten bij hoge temperaturen, samentrekken als gevolg van lage temperaturen.

Dit type thermische uitzetting wordt meestal gezien in open systemen waar directionele interacties worden waargenomen - zoals in het geval van ijs- of in complexe verbindingen - zoals in het geval van sommige zeolieten, Cu2O, onder anderen..

Ook heeft enig onderzoek aangetoond dat negatieve thermische uitzetting ook optreedt in uit één component bestaande roosters in compacte vorm en met een centrale krachtinteractie.

Een duidelijk voorbeeld van negatieve thermische uitzetting is te zien bij het toevoegen van ijs aan een glas water. In dit geval veroorzaakt de hoge temperatuur van de vloeistof op het ijs geen toename in afmeting, maar vermindert eerder de afmeting van deze.

type

Bij het berekenen van de verwijding van een fysiek object moet er rekening mee worden gehouden dat, afhankelijk van de temperatuurverandering, het object groter of kleiner wordt.

Sommige objecten vereisen geen drastische temperatuurverandering om hun grootte aan te passen, dus het is waarschijnlijk dat de door de berekeningen gegooide waarde gemiddeld is.

Zoals alle processen is de thermische uitzetting opgedeeld in verschillende types die elk fenomeen afzonderlijk verklaren. In het geval van vaste stoffen zijn de soorten thermische uitzetting lineaire dilatatie, volumetrische dilatatie en oppervlaktedilatatie.

Lineaire dilatatie

Bij lineaire dilatatie overheerst een enkele variatie. In dit geval is de enige eenheid die een wijziging ondergaat, de hoogte of breedte van het object.

Een eenvoudige manier om dit type uitzetting te berekenen, is door de waarde van de hoeveelheid vóór de verandering in temperatuur te vergelijken met de waarde van de hoeveelheid na de verandering in temperatuur..

Volumetrische dilatatie

In het geval van volumetrische dilatatie, is de manier om dit te berekenen het vergelijken van het volume van het fluïdum vóór de verandering in temperatuur met het volume van het fluïdum na de verandering in temperatuur. De formule om het te berekenen is:

Oppervlakte of gebiedsdilatatie

In het geval van oppervlakkige verwijding, wordt de toename van het oppervlak van een lichaam of object waargenomen wanneer de temperatuur verandert bij 1 ° C.

Deze uitzetting werkt voor vaste stoffen. Als u ook de lineaire coëfficiënt hebt, kunt u zien dat de grootte van het object twee keer zo groot is. De formule om het te berekenen is:

Een_F = A₀ [1 + YA (T_F - T₀)]

In deze uitdrukking:

γ = uitzettingscoëfficiënt [° C^-1]

Een₀ = Begingebied

Een_F = Laatste gebied

T₀ = Begintemperatuur.

T_F = Uiteindelijke temperatuur

Het verschil tussen gebiedsdilatatie en lineaire dilatatie is dat in de eerste een verandering van toename in het gebied van het object plaatsvindt en in de tweede is de verandering van een enkele eenheidsmeting (aangezien deze de lengte of de lengte kan zijn). breedte van het fysieke object).

Voorbeelden

Eerste oefening (lineaire dilatatie)

De rails die het spoor vormen van een trein van staal hebben een lengte van 1500 m. Wat is de lengte op het moment dat de temperatuur gaat van 24 tot 45 ° C?

oplossing

gegevens:

L0 (initiële lengte) = 1500 m

L_F (uiteindelijke lengte) = ?

Tot (begintemperatuur) = 24 ° C

T_F (eindtemperatuur) = 45 ° C

α (lineaire uitzettingscoëfficiënt die overeenkomt met staal) = 11 x 10^-6 ° C^-1

De gegevens worden vervangen in de volgende formule:

We moeten echter eerst de waarde van het temperatuurverschil kennen om deze gegevens in de vergelijking op te nemen. Om dit verschil te krijgen, moet u de hoogste temperatuur van de laagste aftrekken.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Zodra deze informatie bekend is, is het mogelijk om de vorige formule te gebruiken:

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

Tweede oefening (oppervlakkige verwijding)

Op een middelbare school heeft een glasverkoop een oppervlakte van 1,4 m ^ 2, als de temperatuur 21 ° C is. Wat wordt je laatste gebied bij het verhogen van de temperatuur tot 35 ° C?

oplossing

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

Waarom dilatatie optreedt?

Iedereen weet dat al het materiaal is samengesteld uit verschillende subatomaire deeltjes. Door de temperatuur te veranderen, ofwel verhogen of verlagen, beginnen deze atomen een bewegingsproces dat de vorm van het object kan veranderen.

Wanneer de temperatuur stijgt, beginnen de moleculen snel te bewegen als gevolg van de toename van de kinetische energie en daarom zal de vorm of het volume van het object toenemen.

Bij negatieve temperaturen gebeurt het tegenovergestelde, in dit geval wordt het volume van het object meestal beperkt door de lage temperaturen.

referenties

1. Lineaire, oppervlakkige en volumetrische dilatatie - Oefeningen. Opgelost Hersteld op 8 mei 2018 van Fisimat: fisimat.com.mx
2. Oppervlakkige dilatatie - Oefeningen opgelost. Opgehaald op 8 mei 2018, van Fisimat: fisimat.com.mx
3. Thermische uitzetting. Opgeroepen op 8 mei 2018, van Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Thermische uitzetting. Opgeroepen op 8 mei 2018 vanuit Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Thermische uitzetting. Opgehaald op 8 mei 2018, van Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. Thermische uitzetting. Opgeruimd op 8 mei 2018, uit The Physics Hypertextbook: physics.info
7. Thermische uitzetting. Opgeroepen op 8 mei 2018, op Wikipedia: en.wikipedia.org.