THERMISCHE DILATATION: KOEFFIZIENT, TYPEN UND ÜBUNGEN - KÖRPERLICH - 2025

Die Wärmeausdehnung wird erhöht oder Variation verschiedener metrischer Dimensionen (wie Länge oder Volumen), die einem physischen Objekt oder Körper ausgesetzt sind. Dieser Vorgang erfolgt aufgrund des Temperaturanstiegs, der das Material umgibt. Bei linearer Dilatation treten diese Änderungen nur in einer Dimension auf.

Der Koeffizient dieser Ausdehnung kann gemessen werden, indem der Wert der Größe vor und nach dem Prozess verglichen wird. Einige Materialien leiden unter dem Gegenteil von Wärmeausdehnung; das heißt, es wird "negativ". Dieses Konzept schlägt vor, dass sich einige Materialien zusammenziehen, wenn sie bestimmten Temperaturen ausgesetzt werden.

Wärmeausdehnung in Wasser

Für Feststoffe wird ein linearer Ausdehnungskoeffizient verwendet, um ihre Ausdehnung zu beschreiben. Andererseits wird für Flüssigkeiten ein volumetrischer Ausdehnungskoeffizient verwendet, um die Berechnungen durchzuführen.

Im Fall von kristallisierten Festkörpern ist die Expansion, wenn sie isometrisch ist, in allen Dimensionen des Kristalls allgemein. Wenn es nicht isometrisch ist, können im gesamten Glas unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten gefunden werden, und es ändert seine Größe, wenn sich die Temperatur ändert.

Thermischer Dilatationskoeffizient

Der Wärmeausdehnungskoeffizient (Y) ist definiert als der Änderungsradius, durch den ein Material aufgrund der Änderung seiner Temperatur hindurchging. Dieser Koeffizient wird durch das Symbol α für Feststoffe und β für Flüssigkeiten dargestellt und wird vom Internationalen Einheitensystem geleitet.

Die Wärmeausdehnungskoeffizienten variieren, wenn es um Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase geht. Jeder hat eine andere Besonderheit.

Zum Beispiel kann die Ausdehnung eines Feststoffs entlang einer Länge gesehen werden. Der Volumenkoeffizient ist einer der grundlegendsten in Bezug auf Flüssigkeiten, und die Änderungen sind in alle Richtungen bemerkenswert. Dieser Koeffizient wird auch bei der Berechnung der Ausdehnung eines Gases verwendet.

Negative Wärmeausdehnung

Bei einigen Materialien tritt eine negative Wärmeausdehnung auf, die sich aufgrund niedriger Temperaturen zusammenzieht, anstatt sich bei hohen Temperaturen zu vergrößern.

Diese Art der Wärmeausdehnung tritt normalerweise in offenen Systemen auf, in denen gerichtete Wechselwirkungen beobachtet werden - wie im Fall von Eis - oder in komplexen Verbindungen - wie dies unter anderem bei einigen Zeolithen, Cu2O, der Fall ist.

Ebenso haben einige Untersuchungen gezeigt, dass eine negative Wärmeausdehnung auch in Einkomponentengittern in kompakter Form und mit einer zentralen Kraftwechselwirkung auftritt.

Ein klares Beispiel für eine negative Wärmeausdehnung ist zu sehen, wenn wir einem Glas Wasser Eis hinzufügen. In diesem Fall bewirkt die hohe Temperatur der Flüssigkeit auf dem Eis keine Vergrößerung, sondern verringert die Größe des Eises.

Typen

Bei der Berechnung der Ausdehnung eines physischen Objekts muss berücksichtigt werden, dass das Objekt abhängig von der Temperaturänderung an Größe zunehmen oder sich zusammenziehen kann.

Einige Objekte erfordern keine drastische Änderung der Temperatur, um ihre Größe zu ändern. Daher ist es wahrscheinlich, dass der von den Berechnungen zurückgegebene Wert durchschnittlich ist.

Wie bei jedem Prozess wird die Wärmeausdehnung in verschiedene Typen unterteilt, die jedes Phänomen separat erklären. Im Fall von Festkörpern sind die Arten der Wärmeausdehnung lineare Ausdehnung, volumetrische Ausdehnung und Oberflächenausdehnung.

Lineare Dilatation

Bei der linearen Dilatation überwiegt eine einzige Variation. In diesem Fall ist die einzige Einheit, die eine Änderung erfährt, die Höhe oder Breite des Objekts.

Eine einfache Möglichkeit, diese Art der Dilatation zu berechnen, besteht darin, den Wert der Größe vor der Temperaturänderung mit dem Wert der Größe nach der Temperaturänderung zu vergleichen.

Volumendilatation

Im Fall der Volumenexpansion können Sie dies berechnen, indem Sie das Volumen des Fluids vor der Temperaturänderung mit dem Volumen des Fluids nach der Temperaturänderung vergleichen. Die Formel zur Berechnung lautet:

Oberflächen- oder Flächendilatation

Bei einer Oberflächendilatation wird eine Vergrößerung der Fläche eines Körpers oder Objekts aufgrund einer Änderung seiner Temperatur bei 1 ° C beobachtet.

Diese Erweiterung funktioniert für Feststoffe. Wenn wir auch den linearen Koeffizienten haben, können wir sehen, dass die Größe des Objekts zweimal größer ist. Die Formel zur Berechnung lautet:

A _f = A ₀

In diesem Ausdruck:

γ = Flächenausdehnungskoeffizient

A ₀ = Anfangsbereich

A _f = Endbereich

T ₀ = Anfangstemperatur.

T _f = Endtemperatur

Der Unterschied zwischen Flächendilatation und linearer Dilatation besteht darin, dass Sie in der ersten eine Änderung der Vergrößerung der Fläche des Objekts sehen und in der zweiten eine Änderung einer einzelnen Maßeinheit (wie z. B. der Länge oder der Breite des physischen Objekts).

Beispiele

Erste Übung (lineare Dilatation)

Die Schienen, aus denen ein Gleis aus Stahl besteht, haben eine Länge von 1500 m. Wie lang wird es, wenn die Temperatur von 24 auf 45 ° C steigt?

Lösung

Daten:

Lο (Anfangslänge) = 1500 m

L _f (Endlänge) =?

TO (Anfangstemperatur) = 24 ° C.

T _f (Endtemperatur) = 45 ° C.

α (linearer Ausdehnungskoeffizient entsprechend Stahl) = 11 × 10 ^–6 ° C ^–1

Die Daten werden in der folgenden Formel ersetzt:

Sie müssen jedoch zuerst den Wert der Temperaturdifferenz kennen, um diese Daten in die Gleichung aufzunehmen. Um diesen Unterschied zu erreichen, muss die höchste Temperatur von der niedrigsten abgezogen werden.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C.

Sobald diese Informationen bekannt sind, können Sie die vorherige Formel verwenden:

Lf = 1500 m (1 + 21 ° C 11 × 10 ^–6 ° C ^–1 )

Lf = 1500 m (1 + 2,31 · 10 & supmin; & ^sup4; )

Lf = 1500 m (1.000231)

Lf = 1500,3465 m

Zweite Übung (oberflächliche Erweiterung)

In einer High School hat ein Glasgeschäft eine Fläche von 1,4 m ^ 2, wenn die Temperatur 21 ° C beträgt. Was wird seine endgültige Fläche sein, wenn die Temperatur auf 35 ° C steigt?

Lösung

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 × 10 ^–6 ]

Af = 1,4 m ² . 1.0002044

Af = 1.40028616 m ²

Warum kommt es zu einer Erweiterung?

Jeder weiß, dass alles Material aus verschiedenen subatomaren Partikeln besteht. Durch Ändern der Temperatur, entweder Anheben oder Absenken, beginnen diese Atome einen Bewegungsprozess, der die Form des Objekts verändern kann.

Wenn die Temperatur erhöht wird, beginnen sich die Moleküle aufgrund der Zunahme der kinetischen Energie schnell zu bewegen, und somit nimmt die Form oder das Volumen des Objekts zu.

Bei negativen Temperaturen geschieht das Gegenteil, in diesem Fall neigt das Volumen des Objekts aufgrund niedriger Temperaturen zur Kontraktion.

Verweise

1. Lineare, oberflächliche und volumetrische Dilatation - Übungen. Gelöst Am 8. Mai 2018 von Fisimat wiederhergestellt: fisimat.com.mx
2. Oberflächliche Dilatation - Gelöste Übungen. Abgerufen am 8. Mai 2018 von Fisimat: fisimat.com.mx
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