Vad är volymetrisk utvidgning? (Med exempel)

De volymetrisk dilatation Det är ett fysiskt fenomen som innebär en variation i de tre dimensionerna i en kropp. Volymen eller dimensionerna för de flesta ämnen ökar när de utsätts för värme; Detta är ett fenomen som kallas termisk dilatation, men det finns också ämnen som sammanträder vid uppvärmning.

Även om volymförändringar är relativt små för fasta ämnen, är de av stor teknisk betydelse, främst i situationer där det önskas att förena material som expanderar annorlunda.

Formen på vissa fasta ämnen lider av snedvridning när den uppvärms och kan expandera i vissa riktningar och kontrakt i andra. Men när det bara finns utvidgning i ett visst antal dimensioner finns det en klassificering för sådana utvidgningar:

• Linjär utvidgning inträffar när variation i en viss dimension dominerar, såsom längden, bred eller hög av kroppen.
• Den ytliga utvidgningen är den där variationen dominerar i två av de tre dimensionerna.
• Slutligen innebär volymetrisk dilatation en variation i de tre dimensionerna i en kropp.

[TOC]

Grundläggande koncept relaterade till termisk dilatation

Värmeenergi

Ärendet bildas av atomer som är i kontinuerlig rörelse, antingen rör sig eller vibrerar. Kinetisk energi (eller rörelse) som atomer rör sig kallas termisk energi, ju snabbare de rör sig, desto större termisk energi har de.

Värme

Värme är den termiska energin som överförs mellan två eller flera ämnen eller från en del av ämnet till en annan i en makroskopisk skala. Detta innebär att en het kropp kan ge en del av sin termiska energi och påverka en kropp nära den.

Mängden överförd termisk energi beror på arten av den nära kroppen och miljön som skiljer dem.

Temperatur

Temperaturkonceptet är viktigt för att studera värmeeffekter, temperaturen på en kropp är måttet på dess förmåga att överföra värme till andra kroppar.

Kan tjäna dig: Reaktionsentalpi: Definition, termokemi, övningar

Två kroppar i ömsesidig kontakt eller separerade med tillräckligt med medel (värmeledare) kommer att vara vid samma temperatur om det inte finns något värmeflöde mellan de två. På liknande sätt kommer en kropp X att vara vid en temperatur som är större än för en kropp och om värmen flyter från x a och.

Vilka är de grundläggande egenskaperna för termisk utvidgning?

Det är tydligt relaterat till en temperaturförändring vid en högre temperaturutvidgning. Det beror också på materialets inre struktur, i en termometer är utvidgningen av kvicksilver mycket större än utvidgningen av glaset som innehåller det.

Vad är den grundläggande orsaken till termisk utvidgning?

En ökning av temperaturen innebär en ökning av den kinetiska energin hos enskilda atomer i ett ämne. I en fast, till skillnad från en gas, är atomer eller molekyler nära varandra, men deras kinetiska energi (i form av små och snabba vibrationer) skiljer sig från varandra till atomer eller molekyler.

Denna separation mellan angränsande atomer ökar och resulterar i en ökning av fast storlek.

För de flesta ämnen under vanliga förhållanden finns det ingen föredragen riktning i vilken termisk utvidgning inträffar, och ökningen av temperaturen kommer att öka det fasta storleken med en viss bråk i varje dimension.

Linjär utvidgning

Det enklaste exemplet på expansion är expansionen i en dimension (linjär). Experimentellt har det visat sig att förändringen av längd ΔL i ett ämne är proportionellt mot temperaturförändringen ΔT och den initiala längden LO (figur 1). Vi kan representera detta på följande sätt:

Dl = alodt

Där a är en proportionalitetskoefficient som kallas linjär dilationskoefficient och är karakteristisk för varje material. Vissa värden på denna koefficient visas i tabell A.

Den linjära dilatationskoefficienten är högre för material som upplever större expansion för varje Centigrade -grad som stiger sin temperatur.

Kan tjäna dig: Ung modul: Beräkning, applikationer, exempel, övningar

Ytlig utvidgning

När ett plan tas inom en fast kropp, så att detta plan är det som lider av den termiska expansionen (figur 2) ges förändringen i ΔA -området av:

Da = 2aa0

Där ΔA är förändringen i det initiala området AO, är det förändringen i temperaturen och a är den linjära dilationskoefficienten.

Volymetrisk dilatation

Liksom i de tidigare fallen kan förändringen i volym ΔV approximeras med förhållandet (figur 3). Denna ekvation är vanligtvis skriven enligt följande:

Dv = bvodt

där ß är den volymetriska dilationskoefficienten och är ungefär lika med 3∝ λ∝ τ∝ ßλ∝ 2 Värdena för de volymetriska expansionskoefficienterna för vissa material visas.

I allmänhet kommer ämnen att expandera under en ökning av temperaturen, vatten är det viktigaste undantaget från denna regel. Vatten expanderar när temperaturen ökar när det är större än 4 ° C.

Men den expanderar också genom att minska temperaturen vid intervallet 4 ° C till 0 ° C. Denna effekt kan observeras när vatten läggs in i ett kylskåp, vattnet expanderar när det fryser och det är svårt att extrahera isen från sin behållare genom nämnda expansion.

Exempel

Skillnader i volymetrisk utvidgning kan leda till intressanta effekter på en bensinstation. Ett exempel är droppet av bensin i en tank som just har fyllts för en varm dag.

Bensin kyler ståltanken när den spills, och båda, bensin och tank dilaterar med den omgivande lufttemperaturen. Emellertid utvidgas bensin mycket snabbare än stål, och därmed uppstår ett dropp utanför tanken.

Det kan tjäna dig: känslig värme: koncept, formler och övningar löst

Skillnaden i utvidgning mellan bensin och tanken som innehåller den kan orsaka problem genom att läsa bränslenivåindikatorn. Mängden bensin (massa) som förblir i en tank när indikatorn når på vakuumnivå är mycket lägre på sommaren än på vintern.

Bensin har samma volym i båda stationerna när varningslampan tänds, men eftersom bensin utvidgas under sommaren har den en lägre massa.

Som ett exempel kan en full stålbensintank övervägas med en kapacitet på 60L. Om tanken och bensintemperaturen är 15 ° C, hur mycket bensin kommer den att spillas när de når en temperatur på 35 ° C?

Tanken och bensinen kommer att öka i volym på grund av temperaturökningen, men bensin kommer att öka mer än tanken. Så att spillt bensin kommer att vara skillnaden i volymförändringar. Den volymetriska dilatationsekvationen kan sedan användas för att beräkna volymförändringar:

Volymen som spills av temperaturökningen är då:

Genom att kombinera dessa 3 ekvationer i en har du:

Tabell 2 erhöll värdena på den volymetriska dilationskoefficienten och ersätter värden:

Även om denna mängd spillt bensin är relativt obetydlig jämfört med en 60 L -tank, är effekten överraskande, eftersom bensin och stål expanderar mycket snabbt.

Bibliografi

1. Yen Ho Cho, Taylor R. Themal Expansion of Solids ASM International, 1998.
2. H. Ibach, Hans Lüth Solid-State Physics: En introduktion till Principles of Material Science Springer Science & Business Media, 2003.
3. Halliday d., Resnick r., Kran k. Fysik, volym 1. Wiley, 2001.
4. Martin C. Martin, Charles a. Hewett Elements of Classical Physics Elsevier, 2013.
5. Zemansky Mark W. Värme och termodynamik. Redaktion Aguilar, 1979.