การขยายความร้อนสัมประสิทธิ์ประเภทและแบบฝึกหัด

การขยายตัวทางความร้อน เป็นการเพิ่มหรือเปลี่ยนแปลงของมิติข้อมูลเมตริกต่างๆ (เช่นความยาวหรือปริมาตร) ที่ได้รับความเดือดร้อนจากร่างกายหรือวัตถุทางกายภาพ กระบวนการนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโดยรอบของวัสดุ ในกรณีของการขยายเชิงเส้นการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดขึ้นในมิติเดียว.

สัมประสิทธิ์ของการขยายนี้สามารถวัดได้โดยการเปรียบเทียบมูลค่าของปริมาณก่อนและหลังกระบวนการ วัสดุบางชนิดประสบการขยายตัวทางความร้อน นั่นคือมันจะกลายเป็น "เชิงลบ" แนวคิดนี้เสนอว่าวัสดุบางชนิดทำสัญญาเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิที่แน่นอน.  

สำหรับของแข็งนั้นใช้สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเพื่ออธิบายการขยายตัว ในทางตรงกันข้ามค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรถูกใช้สำหรับของเหลวในการคำนวณ.

ในกรณีของการตกผลึกของแข็งถ้ามันมีมิติเท่ากันการขยายจะเป็นทั่วไปในทุกมิติของคริสตัล ถ้ามันไม่ใช่ภาพสามมิติ, สัมประสิทธิ์การขยายตัวที่แตกต่างกันสามารถพบได้ตามคริสตัลและมันจะเปลี่ยนขนาดเมื่อเปลี่ยนอุณหภูมิ.

ดัชนี

• 1 สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน
• 2 การขยายตัวทางความร้อนเชิงลบ
• 3 ประเภท
  • 3.1 การขยายตัวเชิงเส้น
  • 3.2 การขยายปริมาตร
  • 3.3 การขยายพื้นผิวหรือพื้นที่
• 4 ตัวอย่าง
  • 4.1 การออกกำลังกายครั้งแรก (การขยายเชิงเส้น)
  • 4.2 การออกกำลังกายที่สอง (การขยายผิวเผิน)
• 5 ทำไมการขยายออกจึงเกิดขึ้น??
• 6 อ้างอิง

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน

สัมประสิทธิ์ของการขยายตัวทางความร้อน (Y) หมายถึงรัศมีของการเปลี่ยนแปลงที่วัสดุผ่านเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สัมประสิทธิ์นี้มีสัญลักษณ์αสำหรับของแข็งและβสำหรับของเหลวและถูกชี้นำโดยระบบนานาชาติของหน่วย.

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนแตกต่างกันเมื่อมันมาถึงของแข็งของเหลวหรือก๊าซ แต่ละคนมีลักษณะที่แตกต่างกัน.

ตัวอย่างเช่นการขยายตัวของของแข็งสามารถมองเห็นได้ตามความยาว สัมประสิทธิ์ปริมาตรเป็นหนึ่งในพื้นฐานที่สุดเท่าที่มีความเกี่ยวข้องกับของเหลวและการเปลี่ยนแปลงมีความโดดเด่นในทุกทิศทาง สัมประสิทธิ์นี้ยังใช้เมื่อคำนวณการขยายตัวของก๊าซ.

การขยายตัวทางความร้อนเชิงลบ

การขยายตัวทางความร้อนเชิงลบเกิดขึ้นในวัสดุบางชนิดซึ่งแทนที่จะเพิ่มขนาดของพวกเขาด้วยอุณหภูมิสูงสัญญาเนื่องจากอุณหภูมิต่ำ.

การขยายตัวทางความร้อนประเภทนี้มักจะเห็นในระบบเปิดที่สังเกตการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่าง - ในกรณีของน้ำแข็ง - หรือในสารประกอบที่ซับซ้อน.

นอกจากนี้ยังมีงานวิจัยบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าการขยายตัวทางความร้อนเชิงลบนั้นเกิดขึ้นในโครงร่างชิ้นส่วนเดี่ยวในรูปแบบกะทัดรัดและมีปฏิสัมพันธ์กับศูนย์กลางกำลัง.

ตัวอย่างที่ชัดเจนของการขยายตัวทางความร้อนเชิงลบสามารถมองเห็นได้เมื่อเพิ่มน้ำแข็งลงในแก้วน้ำ ในกรณีนี้อุณหภูมิสูงของของเหลวบนน้ำแข็งไม่ทำให้ขนาดเพิ่มขึ้น แต่จะลดขนาดเท่าเดิม.

ชนิด

เมื่อคำนวณการขยายตัวของวัตถุทางกายภาพจะต้องนำมาพิจารณาว่าขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิวัตถุดังกล่าวอาจเพิ่มขึ้นหรือหดตัวขนาดของมัน.

วัตถุบางอย่างไม่ต้องการการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรงเพื่อปรับขนาดของพวกมันดังนั้นจึงมีความเป็นไปได้ที่ค่าที่ถูกโยนโดยการคำนวณเป็นค่าเฉลี่ย.

เช่นเดียวกับกระบวนการทั้งหมดการขยายตัวทางความร้อนจะถูกแบ่งออกเป็นหลายประเภทซึ่งอธิบายปรากฏการณ์แต่ละอย่างแยกกัน ในกรณีของของแข็งชนิดของการขยายตัวทางความร้อนคือการขยายเชิงเส้นการขยายปริมาตรและการขยายพื้นผิว.

การขยายเชิงเส้น

ในการขยายเชิงเส้นความแปรปรวนเดียวมีอำนาจเหนือกว่า ในกรณีนี้หน่วยเดียวที่ผ่านการเปลี่ยนแปลงคือความสูงหรือความกว้างของวัตถุ.

วิธีง่ายๆในการคำนวณการขยายประเภทนี้คือการเปรียบเทียบมูลค่าของปริมาณก่อนการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกับมูลค่าของปริมาณหลังจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ.

การขยายปริมาตร

ในกรณีของการขยายปริมาตรวิธีการคำนวณคือการเปรียบเทียบปริมาตรของของเหลวก่อนการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกับปริมาตรของของเหลวหลังจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สูตรในการคำนวณคือ:

การขยายพื้นผิวหรือพื้นที่

ในกรณีของการขยายผิวเผินการเพิ่มขึ้นของพื้นที่ของร่างกายหรือวัตถุจะสังเกตได้เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ 1 ° C.

การขยายนี้ใช้ได้กับของแข็ง หากคุณมีสัมประสิทธิ์เชิงเส้นคุณจะเห็นว่าขนาดของวัตถุจะใหญ่เป็นสองเท่า สูตรในการคำนวณคือ:

_F = A₀ [1 + YA (ต_F - T₀)]

ในการแสดงออกนี้:

γ = สัมประสิทธิ์การขยายพื้นที่ [° C^-1]

₀ = พื้นที่เริ่มต้น

_F = พื้นที่สุดท้าย

T₀ = อุณหภูมิเริ่มต้น.

T_F = อุณหภูมิสุดท้าย

ความแตกต่างระหว่างการขยายพื้นที่และการขยายเชิงเส้นคือในครั้งแรกที่มีการเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นในพื้นที่ของวัตถุและในครั้งที่สองการเปลี่ยนแปลงคือการวัดหน่วยเดียว ความกว้างของวัตถุทางกายภาพ).

ตัวอย่าง

การออกกำลังกายครั้งแรก (การขยายเชิงเส้น)

รางที่ประกอบเป็นรางรถไฟที่สร้างจากเหล็กมีความยาว 1,500 ม. สิ่งที่จะเป็นความยาวในเวลาเมื่ออุณหภูมิไปจาก 24 ถึง 45 ° C?

ทางออก

ข้อมูล:

L0 (ความยาวเริ่มต้น) = 1500 m

L_F ความยาวสุดท้าย) ?

Tο (อุณหภูมิเริ่มต้น) = 24 ° c

T_F (อุณหภูมิสุดท้าย) = 45 ° C

α (สัมประสิทธิ์เชิงเส้นของการขยายที่สอดคล้องกับเหล็ก) = 11 x 10^-6 ° C^-1

ข้อมูลจะถูกแทนที่ในสูตรต่อไปนี้:

อย่างไรก็ตามก่อนอื่นเราต้องรู้ค่าของส่วนต่างของอุณหภูมิเพื่อรวมข้อมูลนี้ไว้ในสมการ เพื่อให้ได้ส่วนต่างนี้คุณต้องลบอุณหภูมิสูงสุดออกจากค่าต่ำสุด.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° c

เมื่อทราบข้อมูลนี้แล้วคุณสามารถใช้สูตรก่อนหน้าได้:

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 ม

การออกกำลังกายที่สอง (การขยายผิวเผิน)

ในโรงเรียนมัธยมการขายแก้วมีพื้นที่ 1.4 m ^ 2 หากอุณหภูมิอยู่ที่ 21 ° C พื้นที่สุดท้ายของคุณจะเป็นอย่างไรเมื่อเพิ่มอุณหภูมิถึง 35 ° C?

ทางออก

Af = A0 [1 + (Tf - T0)]

Af = 1.4 m² [1] 204.4 x 10^-6]

Af = 1.4 m² . 1.0002044

Af = 1,40028616 ม²

ทำไมการขยายเกิดขึ้น?

ทุกคนรู้ว่าวัสดุทั้งหมดประกอบด้วยอนุภาคย่อยของสารหลายชนิด โดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิไม่ว่าจะเพิ่มหรือลดลงอะตอมเหล่านี้จะเริ่มกระบวนการเคลื่อนไหวที่สามารถเปลี่ยนรูปร่างของวัตถุ.

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นโมเลกุลจะเริ่มเคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ดังนั้นรูปร่างหรือปริมาตรของวัตถุจะเพิ่มขึ้น.

ในกรณีที่มีอุณหภูมิติดลบตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นในกรณีนี้ปริมาตรของวัตถุมักจะหดตัวที่อุณหภูมิต่ำ.

การอ้างอิง

1. การขยายเชิงเส้นผิวเผินและปริมาตร - การออกกำลังกาย แก้ไขแล้วกู้คืนเมื่อ 8 พฤษภาคม 2018 จาก Fisimat: fisimat.com.mx
2. การขยายผิวเผิน - การออกกำลังกายที่ได้รับการแก้ไข สืบค้นเมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม 2018 จาก Fisimat: fisimat.com.mx
3. การขยายตัวทางความร้อน สืบค้นเมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม 2018 จากEncyclopædia Britannica: britannica.com
4. การขยายตัวทางความร้อน สืบค้นเมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม 2018 จากแนวคิดฟิสิกส์ของไฮเปอร์: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. การขยายตัวทางความร้อน สืบค้นเมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม 2018 จาก Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. การขยายตัวทางความร้อน สืบค้นเมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม 2018 จาก The Physics Hypertextbook: physics.info
7. การขยายตัวทางความร้อน สืบค้นเมื่อวันที่ 8 พฤษภาคม 2018 จาก Wikipedia: en.wikipedia.org.