DILATAȚIE TERMICĂ: COEFICIENT, TIPURI ȘI EXERCIȚII - FIZIC - 2025

Expansiunea termică este crescută sau variația diferitelor dimensiuni metrice (cum ar fi lungimea sau volum) , care trece printr - un obiect sau corp fizic. Acest proces se întâmplă datorită creșterii temperaturii care înconjoară materialul. În cazul dilatării liniare, aceste modificări apar într-o singură dimensiune.

Coeficientul acestei expansiuni poate fi măsurat prin compararea valorii mărimii înainte și după proces. Unele materiale suferă opusul expansiunii termice; adică devine „negativ”. Acest concept propune ca unele materiale să se contracte atunci când sunt expuse la anumite temperaturi.

Expansiune termică în apă

Pentru solide, este utilizat un coeficient de expansiune liniară pentru a descrie expansiunea lor. Pe de altă parte, pentru lichide se folosește un coeficient de expansiune volumetric pentru efectuarea calculelor.

În cazul solidelor cristalizate, dacă este izometric, expansiunea va fi generală în toate dimensiunile cristalului. Dacă nu este izometric, se pot găsi diferite coeficienți de expansiune în întreaga sticlă și își va modifica dimensiunea atunci când temperatura se va schimba.

Coeficient de dilatare termică

Coeficientul de expansiune termică (Y) este definit ca raza de schimbare prin care a trecut un material datorită modificării temperaturii sale. Acest coeficient este reprezentat de simbolul α pentru solide și β pentru lichide și este ghidat de sistemul internațional de unități.

Coeficienții de expansiune termică variază atunci când vine vorba de solid, lichid sau gaz. Fiecare are o particularitate diferită.

De exemplu, dilatarea unui solid poate fi văzută pe o lungime. Coeficientul volumetic este unul dintre cele mai de bază din punct de vedere al fluidelor, iar modificările sunt notabile în toate direcțiile; Acest coeficient este utilizat și la calcularea expansiunii unui gaz.

Expansiune termică negativă

Expansiunea termică negativă are loc în unele materiale care, în loc să crească în dimensiuni cu temperaturi ridicate, se contractă din cauza temperaturilor scăzute.

Acest tip de expansiune termică este de obicei observat în sisteme deschise, unde se observă interacțiuni direcționale - ca în cazul gheții - sau în compuși complexi - cum se întâmplă cu unii zeoliți, Cu2O, printre altele.

De asemenea, unele cercetări au arătat că expansiunea termică negativă are loc și în zăbrele cu o singură componentă în formă compactă și cu o interacțiune de forță centrală.

Un exemplu clar de expansiune termică negativă poate fi văzut atunci când adăugăm gheață la un pahar cu apă. În acest caz, temperatura ridicată a lichidului pe gheață nu provoacă nicio creștere a dimensiunii, ci mai degrabă dimensiunea gheții este redusă.

Tipuri

Atunci când se calculează extinderea unui obiect fizic, trebuie luat în considerare faptul că, în funcție de modificarea temperaturii, obiectul menționat poate crește sau se poate contracta ca mărime.

Unele obiecte nu necesită o schimbare drastică a temperaturii pentru a-și modifica dimensiunea, astfel încât este probabil ca valoarea returnată de calcule să fie medie.

Ca orice proces, expansiunea termică este împărțită în mai multe tipuri care explică fiecare fenomen separat. În cazul solidelor, tipurile de expansiune termică sunt expansiunea liniară, expansiunea volumetrică și extinderea suprafeței.

Dilatație liniară

O singură variație predomină în dilatarea liniară. În acest caz, singura unitate care suferă o modificare este înălțimea sau lățimea obiectului.

O modalitate ușoară de a calcula acest tip de dilatație este prin compararea valorii mărimii înainte de schimbarea temperaturii cu valoarea mărimii după schimbarea temperaturii.

Dilatația volumetrică

În cazul expansiunii volumetrice, modul de calcul al acestuia este prin compararea volumului fluidului înainte de schimbarea temperaturii cu volumul fluidului după schimbarea temperaturii. Formula pentru calcularea acesteia este:

Dilatarea suprafeței sau a zonei

În cazul dilatării suprafeței, se observă o creștere a zonei unui corp sau a unui obiect datorită modificării temperaturii sale la 1 ° C.

Această expansiune funcționează pentru solide. Dacă avem și coeficientul liniar, putem vedea că dimensiunea obiectului va fi de 2 ori mai mare. Formula pentru calcularea acesteia este:

A _f = A ₀

În această expresie:

γ = coeficientul de extindere a suprafeței

A ₀ = zona inițială

A _f = zona finală

T ₀ = temperatura inițială.

T _f = temperatura finală

Diferența dintre dilatarea zonei și dilatația liniară este că în prima se observă o schimbare de creștere a zonei obiectului, iar în a doua, schimbarea este de o singură măsură de unitate (cum ar fi lungimea sau lățimea obiectului fizic).

Exemple

Primul exercițiu (dilatare liniară)

Șinele care alcătuiesc pista unui tren din oțel au o lungime de 1500 m. Care va fi longitudinea când temperatura va fi cuprinsă între 24 și 45 ° C?

Soluţie

Date:

Lο (lungimea inițială) = 1500 m

L _f (lungimea finală) =?

Tο (temperatura inițială) = 24 ° C

T _f (temperatura finală) = 45 ° C

α (coeficientul de expansiune liniară corespunzător oțelului) = 11 x 10 ^-6 ° C ^-1

Datele sunt înlocuite în următoarea formulă:

Cu toate acestea, trebuie să cunoașteți mai întâi valoarea diferențialului de temperatură, pentru a include aceste date în ecuație. Pentru a atinge acest diferențial, temperatura cea mai ridicată trebuie scăzută din cea mai mică.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Odată ce această informație este cunoscută, este posibilă utilizarea formulei anterioare:

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

Al doilea exercițiu (dilatație superficială)

Într-un liceu, un magazin de sticlă are o suprafață de 1,4 m ^ 2, dacă temperatura este 21 ° C. Care va fi zona sa finală pe măsură ce temperatura crește la 35 ° C?

Soluţie

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x 10 ^-6 ]

Af = 1,4 m ² . 1,0002044

Af = 1.40028616 m ²

De ce se întâmplă dilatarea?

Toată lumea știe că tot materialul este format din diverse particule subatomice. Modificând temperatura, fie ridicând-o sau coborând-o, acești atomi încep un proces de mișcare care poate modifica forma obiectului.

Când temperatura este crescută, moleculele încep să se miște rapid datorită creșterii energiei cinetice și astfel forma sau volumul obiectului va crește.

În cazul temperaturilor negative, se întâmplă opusul, în acest caz volumul obiectului tinde să se contracte din cauza temperaturilor scăzute.

Referințe

1. Dilatație liniară, superficială și volumetrică - exerciții. Soluționat recuperat la 8 mai 2018, de la Fisimat: fisimat.com.mx
2. Dilatație superficială - exerciții rezolvate. Preluat pe 8 mai 2018, de la Fisimat: fisimat.com.mx
3. Extindere termică. Preluat pe 8 mai 2018, de la Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Extindere termică. Preluat pe 8 mai 2018, de la Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Extindere termică. Preluat pe 8 mai 2018, de la Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. Extindere termică. Adus pe 8 mai 2018, din The Physics Hypertextbook: physics.info
7. Extindere termică. Adus pe 8 mai 2018, de pe Wikipedia: en.wikipedia.org.