Toplinsko širenje krute tvari i tekućine

Poznato je da se pod djelovanjem čestica topline ubrzati svoj slučajni pokret. Ako zagrijavanje plina, molekule to čine, samo letjeti daleko jedni od drugih. Grijana tekućina prvo povećanje volumena, a zatim se početi upari. A što će se dogoditi s krutih? Nije svaki od njih može promijeniti svoje stanje agregacije.

Toplinska ekspanzija: Definicija

Toplinska ekspanzija - promjene u veličini i obliku promjene tjelesne temperature. Matematički, može se izračunati koeficijent jačine zvuka za proširenje, čime predvidjeti ponašanje plinova i tekućina u promjeni vanjskih uvjeta. Da biste dobili iste rezultate za krute tvari, potrebno je uzeti u obzir koeficijent linearnog širenja. Fizičari su identificirali cijeli odjeljak za ovu vrstu istraživanja i nazvao ga dilatometry.

Inženjeri i arhitekti trebaju znanje o ponašanju različitih materijala pod visokim i niskim temperaturama za projektiranje zgrada, asfaltiranje cesta i cijevi.

ekspanzija plina

Toplinsko širenje prati širenje plinova u volumenu prostora. To je navedeno prirodoslovci-filozofe u davna vremena, ali za izgradnju matematičke izračune dogoditi samo u modernoj fizici.

Prije svega znanstvenika zainteresiranih za širenje zraka, kao što se činilo da im izvediv zadatak. Oni su tako gorljivo zauzeo je slučaj, koji je dobio prilično kontradiktorne rezultate. Naravno, takav ishod ne zadovoljava znanstvene zajednice. Točnost mjerenja ovisi o tome što je korištena termometar, tlaka i mnoge druge uvjete. Neki fizičari čak su došli do vjeruju da je širenje plinova ne ovisi o temperaturnim promjenama. Ili to ovisnost nije potpun ...

Rad Dalton i Gay-Lussac

Fizičari su nastavili da se raspravljati promukao ili su napustili mjerenje, ako ne Dzhon Dalton. On i još jedan fizičar Gay-Lussac, u isto vrijeme neovisno jedan od drugog su mogli dobiti iste rezultate mjerenja.

Lussac je pokušavao pronaći uzrok tako velikom broju različitih rezultata i napomenuti da su neki instrumenti u vrijeme iskustva bila je voda. Naravno, za vrijeme zagrijavanja se pretvara u paru i mijenja količinu i sastav ispitnog plina. Dakle, prva stvar koja je znanstvenik - dobro je osušite sve alate, koji su korišteni za eksperiment i isključiti čak i minimalni postotak vlage ispitnog plina. Prvih nekoliko iskustava bili značajniji, nakon svih ovih manipulacija.

Dalton bavila ovim pitanjem duže od svojih kolega i objavljuje rezultate u samom početku XIX stoljeća. Je osušen na zraku pare od sumporne kiseline, a zatim grijanjem. Nakon niza eksperimenata, Ivan je došao do zaključka da su svi plinovi i pare prošireno s faktorom 0,376. Lussac Dobili smo broj 0,375. To je bio rezultat službene istrage.

tlak vodene pare

Toplinska ekspanzija plinova ovisi o njihovoj elastičnosti, tj sposobnost da se vrati do početnog volumena. Prvi istražiti pitanje je Ziegler u sredini XVIII stoljeća. No, rezultati njegovih eksperimenata su previše različiti. Više pouzdani podaci je Dzheyms Uatt, koji se koristi za visoke temperature kotla Papin, a za low - barometar.

Na kraju francuski fizičar XVIII stoljeća Prony pokušao izvesti jednu formulu koja će opisati elastičnost plina, ali se ispostavilo ak težak i teško koristiti. Dalton je odlučio empirijski provjeriti sve izračune, koristite sifon barometar. Unatoč činjenici da je temperatura u svim pokusima bila ista, rezultati su bili vrlo točni. Tako ih je objavljeno u obliku tablice u udžbeniku fizike.

Teorija isparavanja

Toplinsko širenje plina (kao što su fizikalna teorijskog) je kroz razne promjene. Znanstvenici su pokušali doći do osnovne procese koji proizvode paru. Evo opet smo postigao slavni fizičar Dalton. Je conjectured da svaki prostor plin je zasićena parama bez obzira jesu li prisutni u spremniku (unutarnji) bilo kojeg drugog plina ili pare. Dakle, možemo zaključiti da je tekućina ne ispari samo dolazi u kontakt s atmosferskim zrakom.

stupac tlaka zraka na površini tekućine povećava prostor između atoma, osim njih suzenje i isparavanja, tj da potiče stvaranje pare. Ali molekula par nastavlja raditi na silu gravitacije, tako da su znanstvenici mislili da je atmosferski tlak ne utječe na isparavanje tekućine.

širenje tekućine

Termička ekspanzija tekućine istražena paralelno sa širenjem plinova. Znanstvena istraživanja bavi istim znanstvenika. Da biste to učinili, oni koriste termometar aerometry, posuda i drugih alata.

Svi pokusi zajedno i pojedinačno opovrgnuo teoriju Dalton koji ujednačen medij ekspandira u odnosu na trgu temperature pri kojoj su grijani. Naravno, što je veća temperatura, veća količina tekućine, ali izravan odnos nije bio među njima. A stopa ekspanzije za sve tekućine bio je drugačiji.

Toplinsko širenje vode, na primjer, počinje na nula stupnjeva Celzijusa, a proteže se sa smanjenjem temperature. Prije toga, ovi eksperimentalni rezultati povezani s činjenicom da i sama voda ne proširi, a spremnik se sužava, u kojoj se ona nalazi. No, nešto kasnije, fizičar Deluca ipak došli do zaključka da je razlog treba tražiti u tekućinu. Odlučio je pronaći temperaturu na maksimum gustoće. Međutim, on nije uspio zbog zanemariti neke detalje. Rumfort, koji je proučavao ovaj fenomen, pokazalo je da je primijetio maksimalna gustoća vode u rasponu od 4 do 5 Celzijevih stupnjeva.

Toplinska ekspanzija tijela

U krutina, glavni mehanizam za promjenu amplitude širenja kristalne rešetke. U jednostavnim riječima, atomi koji čine materijal i čvrsto spojen između njih, početi „tresti”.

Zakon toplinskih organa ekspanzije formuliranih na slijedeći način: svaki je tijelo s linearnim dimenzija L u procesu zagrijavanja na dT (delta T - razlika između početne temperature i konačno) prošireno po količini dL (delta L - derivat koeficijenta linearnog toplinskog rastezanja dužine objekta i razlika temperatura). Ovo je najjednostavnija verzija zakona, koji po defaultu uzima u obzir da se tijelo proširio u svim smjerovima odjednom. Ali za praktičnom radu mnogo težak izračune, jer u stvarnosti, materijali ne ponašaju kao simulirani fizike i matematike.

Termička ekspanzija tračnice

Za polaganje uz prugu oduvijek privlačila fizičari inženjeri, jer mogu izračunati točno koliko udaljenost treba biti između nabora na tračnice za grijanje ili hlađenje put ne deformira.

Kao što je već spomenuto, termičku linearno širenje primjenjiv za sve tvari. I tračnice nije bio iznimka. No, postoji jedan detalj. Rampa slobodno se javlja ako tijelo ne utječe sila trenja. Tračnice su fiksirane na pragovima i tračnice su zavareni na susjedni, tako zakona, koji opisuje promjenu u duljini, omogućuje prevladavanje prepreka u obliku trčanja i otpornost stražnjica.

Ako željeznički ne možete promijeniti svoju duljinu, s promjenom temperature povećava toplinsku stres, što može rastegnuti ili stisnuti ga. Ovaj fenomen je opisao Hookeov zakon.