Wat is volumetrische verwijding? (Met voorbeelden)

De volumetrische dilatatie Het is een fysiek fenomeen dat een variatie in de drie dimensies van een lichaam inhoudt. Het volume of de afmetingen van de meeste stoffen nemen toe wanneer ze worden onderworpen aan warmte; Dit is een fenomeen dat bekend staat als thermische dilatatie, maar er zijn ook stoffen die contracteren wanneer ze worden verwarmd.

Hoewel volumeveranderingen relatief klein zijn voor vaste stoffen, zijn ze van groot technisch belang, voornamelijk in situaties waarin het gewenst is om zich aan te sluiten.

De vorm van sommige vaste stoffen lijdt aan vervorming wanneer hij wordt verwarmd en kan in sommige richtingen uitzetten en in andere contracteren. Wanneer er echter alleen dilatatie is in een bepaald aantal dimensies, is er een classificatie voor dergelijke uitbreidingen:

• Lineaire dilatatie treedt op wanneer variatie in een bepaalde dimensie overheerst, zoals de lengte, breed of hoog van het lichaam.
• De oppervlakkige verwijding is dat waar de variatie overheerst in twee van de drie dimensies.
• Ten slotte impliceert volumetrische verwijding een variatie in de drie dimensies van een lichaam.

[TOC]

Basisconcepten gerelateerd aan thermische verwijding

Thermische energie

De zaak wordt gevormd door atomen die in continue beweging zijn, hetzij bewegen of trillen. Kinetische energie (of beweging) waarmee atomen bewegen, wordt thermische energie genoemd, hoe sneller ze bewegen, hoe grotere thermische energie ze hebben.

Warmte

Warmte is de thermische energie die wordt overgedragen tussen twee of meer stoffen of van het ene deel van de stof naar het andere op een macroscopische schaal. Dit betekent dat een heet lichaam een ​​deel van zijn thermische energie kan geven en een lichaam er dichtbij kan beïnvloeden.

De hoeveelheid overgebrachte thermische energie hangt af van de aard van het nauwe lichaam en de omgeving die hen scheidt.

Temperatuur

Het temperatuurconcept is essentieel om warmte -effecten te bestuderen, de temperatuur van een lichaam is de maat voor zijn vermogen om warmte over te dragen naar andere lichamen.

Kan u dienen: Reactie Enthalpy: Definitie, Thermochemie, Oefeningen

Twee lichamen in wederzijds contact of gescheiden door een adequate middel (warmtegeleider) zullen zich op dezelfde temperatuur bevatten als er geen warmtestroom is tussen de twee. Evenzo zal een lichaam X een temperatuur zijn die groter is dan die van een lichaam en als de warmte stroomt van x a en.

Wat zijn de basiseigenschappen van thermische verwijding?

Het is duidelijk gerelateerd aan een temperatuurverandering, bij een hogere temperatuuruitbreiding. Het hangt ook af van de interne structuur van het materiaal, in een thermometer is de uitbreiding van kwik veel groter dan de uitbreiding van het glas dat het bevat.

Wat is de fundamentele oorzaak van thermische verwijding?

Een temperatuurstijging impliceert een toename van de kinetische energie van individuele atomen in een stof. In een vaste stof, in tegenstelling tot een gas, zijn atomen of moleculen nauw samengevoegd, maar hun kinetische energie (in de vorm van kleine en snelle trillingen) scheidt van elkaar naar atomen of moleculen.

Deze scheiding tussen aangrenzende atomen wordt toeneemt en resulteert in een toename van vaste grootte.

Voor de meeste stoffen in gewone omstandigheden is er geen preferentiële richting waarin thermische dilatatie optreedt en de temperatuurstijging zal de grootte van de vaste stof verhogen door een bepaalde fractie in elke dimensie.

Lineaire verwijding

Het eenvoudigste voorbeeld van uitbreiding is de uitbreiding in een dimensie (lineair). Experimenteel wordt gevonden dat de verandering van lengte AL van een stof evenredig is met de temperatuurverandering AT en de beginlengte LO (Figuur 1). We kunnen dit als volgt vertegenwoordigen:

Dl = alodt

waarbij α een evenredigheidscoëfficiënt is die lineaire dilatatiecoëfficiënt wordt genoemd en kenmerkend is voor elk materiaal. Sommige waarden van deze coëfficiënt worden weergegeven in tabel A.

De lineaire dilatatiecoëfficiënt is hoger voor materialen die een grotere expansie ervaren voor elke celsjargang die de temperatuur stijgt.

Kan u van dienst zijn: jonge module: berekening, toepassingen, voorbeelden, oefeningen

Oppervlakkige verwijding

Wanneer een vlak in een vast lichaam wordt genomen, zodat dit vlak degene is die lijdt aan de thermische expansie (figuur 2), wordt de verandering in het AA -gebied gegeven door:

DA = 2AA0

Waarbij ΔA de verandering in het oorspronkelijke gebied AO is, is T de temperatuurverandering en α de lineaire dilatatiecoëfficiënt.

Volumetrische dilatatie

Zoals in de vorige gevallen kan de verandering in volume AV worden benaderd met de verhouding (figuur 3). Deze vergelijking wordt meestal als volgt geschreven:

Dv = bvodt

waarbij β de volumetrische dilatatiecoëfficiënt is en ongeveer gelijk is aan 3∝ λ∝ τ∝ ßλ∝ 2 De waarden van de volumetrische expansiecoëfficiënten voor sommige materialen worden getoond.

Over het algemeen zullen stoffen uitzetten onder een temperatuurstijging, water is de belangrijkste uitzondering op deze regel. Water groeit uit wanneer de temperatuur toeneemt wanneer deze groter is dan 4ºC.

Het breidt echter ook uit door de temperatuur te verlagen bij het interval van 4 ° C tot 0 ° C. Dit effect kan worden waargenomen wanneer water in een koelkast wordt geplaatst, het water uitzet bij het bevriezen en het is moeilijk om het ijs uit de container te extraheren door genoemde uitbreiding.

Voorbeelden

Verschillen in volumetrische dilatatie kunnen leiden tot interessante effecten in een tankstation. Een voorbeeld is de druppel benzine in een tank die net is gevuld voor een warme dag.

Benzine koelt de stalen tank wanneer deze wordt gemorst, en zowel benzine als tank verwijden met de omringende luchttemperatuur. Benzine verwijdt echter veel sneller dan staal, en dus treedt een druppel buiten de tank voor.

Het kan u van dienst zijn: gevoelige hitte: concept, formules en oefeningen opgelost

Het verschil in dilatatie tussen benzine en de tank die bevat kan problemen veroorzaken door de brandstofniveau -indicator te lezen. De hoeveelheid benzine (massa) die in een tank blijft wanneer de indicator op een vacuümniveau bereikt, is in de zomer veel lager dan in de winter.

Benzine heeft hetzelfde volume in beide stations wanneer het waarschuwingslampje aankomt, maar omdat benzine in de zomer verwijdt, heeft het een lagere massa.

Als voorbeeld kan een volledige stalen benzinetank worden overwogen, met een capaciteit van 60l. Als de tank- en benzinetemperatuur 15 ° C is, hoeveel benzine zal deze morsen op het moment dat ze een temperatuur van 35 ° C bereiken?

De tank en benzine zullen in volume toenemen als gevolg van de temperatuurstijging, maar benzine zal meer toenemen dan de tank. Zodat gemorste benzine het verschil zal zijn in volumeveranderingen. De volumetrische dilatatie -vergelijking kan vervolgens worden gebruikt om volumeveranderingen te berekenen:

Het volume gemorst door de temperatuurstijging is dan:

Door deze 3 vergelijkingen in één te combineren, heb je:

Tabel 2 verkregen de waarden van de volumetrische dilatatiecoëfficiënt, waarden vervangen:

Hoewel deze hoeveelheid gemorste benzine relatief onbeduidend is in vergelijking met een tank van 60 L, is het effect verrassend, omdat benzine en staal zeer snel uitzetten.

Bibliografie

1. Yen Ho Cho, Taylor R. Themal -uitbreiding van vaste stoffen ASM International, 1998.
2. H. Ibach, Hans Lüth Solid-State Physics: An Inleiding tot Principles of Material Science Springer Science & Business Media, 2003.
3. Halliday D., Resnick r., Krane K. Natuurkunde, Deel 1. Wiley, 2001.
4. Martin C. Martin, Charles A. Hewett Elements of Classical Physics Elsevier, 2013.
5. Zemansky Mark W. Warmte en thermodynamica. Redactioneel aguilar, 1979.