Apa itu peleburan volumetrik? (Dengan contoh)

The dilatasi volumetrik Ia adalah fenomena fizikal yang membayangkan variasi dalam tiga dimensi badan. Jumlah atau dimensi kebanyakan bahan meningkat apabila ia tertakluk kepada haba; Ini adalah fenomena yang dikenali sebagai peleburan haba, namun terdapat juga bahan yang kontrak apabila dipanaskan.

Walaupun perubahan jumlahnya agak kecil untuk pepejal, mereka sangat penting teknikal, terutamanya dalam situasi di mana ia dikehendaki untuk menyertai bahan yang berkembang secara berbeza.

Bentuk beberapa pepejal mengalami gangguan apabila dipanaskan dan dapat berkembang ke beberapa arah dan kontrak pada orang lain. Walau bagaimanapun, apabila terdapat hanya peleburan dalam beberapa dimensi, terdapat klasifikasi untuk ekspansi tersebut:

• Peleburan linear berlaku apabila variasi dalam dimensi tertentu mendominasi, seperti panjang, lebar atau tinggi badan.
• Peleburan cetek adalah di mana variasi mendominasi dalam dua daripada tiga dimensi.
• Akhirnya, peleburan volumetrik membayangkan variasi dalam tiga dimensi badan.

[TOC]

Konsep asas yang berkaitan dengan peleburan haba

Tenaga haba

Perkara ini dibentuk oleh atom yang sedang bergerak, sama ada bergerak atau bergetar. Tenaga kinetik (atau pergerakan) yang mana atom bergerak dipanggil tenaga terma, semakin cepat mereka bergerak, tenaga terma yang lebih besar yang mereka ada.

Haba

Haba adalah tenaga haba yang dipindahkan antara dua atau lebih bahan atau dari satu bahagian bahan ke yang lain pada skala makroskopik. Ini bermakna badan panas dapat memberikan sebahagian daripada tenaga terma dan mempengaruhi badan yang dekat dengannya.

Jumlah tenaga haba yang dipindahkan bergantung kepada sifat badan rapat dan persekitaran yang memisahkannya.

Suhu

Konsep suhu adalah penting untuk mengkaji kesan haba, suhu badan adalah ukuran keupayaannya untuk memindahkan haba ke badan lain.

Boleh melayani anda: entalpi reaksi: definisi, termokimia, latihan

Dua badan dalam hubungan bersama atau dipisahkan dengan cara yang mencukupi (konduktor haba) akan berada pada suhu yang sama jika tidak ada aliran haba antara kedua -dua. Begitu juga, badan x akan berada pada suhu yang lebih besar daripada badan dan jika haba mengalir dari x a dan.

Apakah sifat asas peleburan terma?

Ia jelas berkaitan dengan perubahan suhu, pada pengembangan suhu yang lebih tinggi. Ia juga bergantung kepada struktur dalaman bahan, dalam termometer, pengembangan merkuri jauh lebih besar daripada pengembangan kaca yang mengandunginya.

Apakah punca asas peleburan terma?

Peningkatan suhu membayangkan peningkatan tenaga kinetik atom individu dalam bahan. Dalam pepejal, tidak seperti gas, atom atau molekul bersama -sama, tetapi tenaga kinetik mereka (dalam bentuk getaran kecil dan cepat) memisahkan antara satu sama lain kepada atom atau molekul.

Pemisahan ini antara atom jiran semakin meningkat dan mengakibatkan peningkatan saiz pepejal.

Bagi kebanyakan bahan dalam keadaan biasa, tidak ada arah keutamaan di mana peleburan haba berlaku, dan peningkatan suhu akan meningkatkan saiz pepejal oleh pecahan tertentu dalam setiap dimensi.

Peleburan linear

Contoh pengembangan yang paling mudah adalah pengembangan dalam dimensi (linear). Secara eksperimen didapati bahawa perubahan panjang ΔL bahan adalah berkadar dengan perubahan suhu ΔT dan panjang awal LO (Rajah 1). Kita boleh mewakili ini seperti berikut:

DL = ALODT

di mana α adalah pekali proporsional yang dipanggil pekali peleburan linear dan ciri -ciri setiap bahan. Beberapa nilai pekali ini ditunjukkan dalam Jadual a.

Koefisien peleburan linear lebih tinggi untuk bahan yang mengalami pengembangan yang lebih besar untuk setiap darjah centigrade yang naik suhunya.

Boleh melayani anda: Modul Muda: Pengiraan, Aplikasi, Contoh, Latihan

Peleburan dangkal

Apabila satah diambil dalam badan yang kukuh, supaya pesawat ini adalah yang mengalami pengembangan terma (Rajah 2), perubahan di kawasan ΔA diberikan oleh:

DA = 2AA0

Di mana ΔA adalah perubahan di kawasan awal AO, t adalah perubahan suhu dan α adalah pekali peleburan linear.

Dilatasi volumetrik

Seperti dalam kes sebelumnya, perubahan dalam jumlah ΔV boleh dianggarkan dengan nisbah (Rajah 3). Persamaan ini biasanya ditulis seperti berikut:

Dv = bvodt

di mana β adalah pekali peleburan volumetrik dan kira -kira sama dengan 3 λ∝ τ∝ e ßλ∝ 2 Nilai pekali pengembangan volumetrik untuk beberapa bahan ditunjukkan.

Secara umum, bahan akan berkembang di bawah peningkatan suhu, air adalah pengecualian yang paling penting untuk peraturan ini. Air berkembang apabila suhunya meningkat apabila lebih besar daripada 4ºC.

Walau bagaimanapun, ia juga berkembang dengan mengurangkan suhunya pada selang 4ºC hingga 0ºC. Kesan ini dapat diperhatikan apabila air dimasukkan ke dalam peti sejuk, air berkembang apabila pembekuan dan sukar untuk mengekstrak ais dari bekasnya dengan pengembangan tersebut.

Contoh

Perbezaan dalam peleburan volumetrik boleh menyebabkan kesan menarik di stesen minyak. Contohnya ialah titisan petrol dalam tangki yang baru saja diisi untuk hari yang panas.

Petrol menyejukkan tangki keluli apabila ia tumpah, dan kedua -duanya, petrol dan tangki dilipat dengan suhu udara sekitarnya. Walau bagaimanapun, petrol melebar lebih cepat daripada keluli, dan dengan itu menetes di luar tangki berlaku.

Ia dapat melayani anda: haba sensitif: konsep, formula dan latihan diselesaikan

Perbezaan peleburan antara petrol dan tangki yang mengandungi ia boleh menyebabkan masalah dengan membaca penunjuk tahap bahan api. Jumlah petrol (jisim) yang kekal dalam tangki apabila penunjuk mencapai tahap vakum jauh lebih rendah pada musim panas daripada pada musim sejuk.

Petrol mempunyai jumlah yang sama di kedua -dua stesen apabila lampu amaran dihidupkan, tetapi kerana petrol meluas pada musim panas, ia mempunyai jisim yang lebih rendah.

Sebagai contoh, tangki petrol keluli penuh boleh dipertimbangkan, dengan kapasiti 60L. Sekiranya tangki dan suhu petrol adalah 15ºC, berapa banyak petrol akan tumpah pada masa mereka mencapai suhu 35ºC?

Tangki dan petrol akan meningkat dalam jumlah disebabkan peningkatan suhu, tetapi petrol akan meningkat lebih banyak daripada tangki. Jadi petrol yang tumpah akan menjadi perbezaan dalam perubahan kelantangan. Persamaan dilatasi volumetrik kemudiannya boleh digunakan untuk mengira perubahan kelantangan:

Jumlah yang tumpah oleh kenaikan suhu kemudiannya:

Menggabungkan 3 persamaan ini dalam satu, anda mempunyai:

Jadual 2 memperoleh nilai pekali peleburan volumetrik, menggantikan nilai:

Walaupun jumlah petrol tumpah ini agak tidak penting berbanding dengan tangki 60 L, kesannya mengejutkan, kerana petrol dan keluli berkembang dengan cepat.

Bibliografi

1. Yen ho cho, taylor r. Pengembangan Themal Pepejal ASM International, 1998.
2. H. IBACH, Hans Lüth Fizik Pepejal Negeri: Pengenalan Prinsip Sains Sains Sains & Perniagaan Sains Bahan, 2003.
3. Halliday d., Resnick r., Krane k. Fizik, Jilid 1. Wiley, 2001.
4. Martin c. Martin, Charles A. Hewett Elements of Classical Physics Elsevier, 2013.
5. Zemansky Mark W. Haba dan termodinamik. Editorial Aguilar, 1979.