Termalne ekspanzije materije i tečnosti

Poznato je da se pod djelovanjem topline čestica ubrza slučajnih pokreta. Ako zagrijavanje plina, molekula koje čine to, samo odleti jedni od drugih. Grijanog tečnost je prvo povećanje obima, a zatim početi da ispari. I šta će se desiti sa materije? Nije svaki od njih može promijeniti svoje agregatno stanje.

Termalne ekspanzije: Definicija

Toplinske ekspanzije - promjene u veličini i obliku promjena tjelesne temperature. Matematički, može se izračunati koeficijent jačine ekspanzije, što omogućava da predvidi ponašanje gasova i tečnosti u mijenja vanjskim uvjetima. Da biste dobili iste rezultate za čvrste materije, potrebno je uzeti u obzir koeficijent linearnog širenja. Fizičari su identifikovali čitav odjeljak za ovu vrstu istraživanja i nazvao je dilatometry.

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

ekspanzija plinova

Toplinskog širenja prati širenje plinova u volumenu prostora. Ona je napomenula prirodnjaka-filozofa u drevna vremena, ali da se izgradi matematičke zadatke dogoditi samo u moderne fizike.

Prije svega naučnici su zainteresovani za proširenje zraka, jer se činilo da im je izvodljiv zadatak. Oni su tako revnosno preuzeo slučaj, koji je dobio prilično kontradiktorne rezultate. Naravno, takav ishod ne zadovoljava znanstvene zajednice. Preciznost mjerenja zavisilo o tome šta se koristiti termometar, pritisak, i mnoge druge uvjete. Neki fizičari su čak doći do vjeruju da je širenje plinova ne zavisi od promjene temperature. Ili ova zavisnost nije potpun ...

Rad Dalton i Gay-Lussac

Fizičari su nastavili da tvrde sami promukao ili su napustili mjerenje, ako ne i Dzhon Dalton. On i još jedan fizičar Gay-Lussac, istovremeno nezavisno jedni od drugih mogli dobiti iste rezultate mjerenja.

Lussac je pokušavao pronaći uzrok tako velikog broja različitih rezultata i napomenuo da su neki instrumenti u trenutku iskustva bila je voda. Naravno, pri grijanju se pretvara u paru i promijenjen količinu i sastav test gasa. Dakle, prva stvar koja je naučnik - je potpuno osuši sve od alata koji su korišteni za eksperiment, i isključio čak i minimalni postotak vlage testa gasa. prvih nekoliko iskustava su značajnije nakon svih ovih manipulacija.

Dalton bavio ovim pitanjem duže od svojih kolega i objavio rezultate na samom početku XIX stoljeća. To sušeno na vazduhu para sumporne kiseline, a zatim ga grijanje. Nakon niza eksperimenata, John je došao do zaključka da su svi gasovi i pare se širi uz faktor 0.376. Lussac Imamo broj 0375. To je bio rezultat službene istrage.

pritisak vodene pare

Termičkog širenja gasova zavisi od njihove elastičnosti, i.e. mogućnost da se vrati u zapremine. Prvi istražiti pitanje bilo Ziegler sredinom osamnaestog stoljeća. Ali rezultati njegovih eksperimenata su previše različiti. Više pouzdanih podataka je Džejms Uatt, koji se koristi za kotao visoke temperature Papin, i za male - barometar.

Na kraju francuski fizičar XVIII stoljeća Prony pokušao izvesti jednu formulu koja bi opisala elastičnost gasa, ali se ispostavilo čudno glomazan i teško koristiti. Dalton je odlučio da se empirijski provjeriti sve kalkulacije, koristeći sifon barometar. Uprkos činjenici da je temperatura u svim eksperimentima je bio isti, rezultati su bili vrlo precizni. Pa ih je objavio u obliku tabele u fizici udžbenika.

Teorija isparavanja

Toplinskog širenja plinova (kao što je fizička teorija) je prošla kroz razne promjene. Naučnici su pokušali doći do osnovnih procesa koji proizvode paru. Evo opet smo postigao slavni fizičar Dalton. Pretpostavlja se da je bilo koji plin prostor je zasićen s parama, bez obzira na to da li prisutna u rezervoaru (zatvoreni) bilo koji drugi plin ili pare. Dakle, možemo zaključiti da tečnost ne isparava samo dođe u kontakt sa atmosferskim zrakom.

kolona vazdušnog pritiska na tečnost površini povećava prostor između atoma, kidanje ih i isparavanja, i.e. promovira stvaranje pare. Ali molekula par nastavlja raditi na silu gravitacije, tako naučnici su mislili da atmosferski pritisak ne utječe na isparavanje tečnosti.

širenje tečnosti

Termičko širenje tečnosti istražiti paralelno sa širenjem plinova. Naučna istraživanja koja se bave istom naučnici. Da biste to učinili, oni koriste termometar aerometry, spojenih sudova i drugih alata.

Svi eksperimenti zajedno i pojedinačno pobija teoriju Dalton koji jednolična širi u odnosu na kvadrat temperatura na kojoj su grijani. Naravno, što je veća temperatura, veća je volumen tekućine, ali direktna veza nije bila među njima. A stopa ekspanzije za sve tečnosti je bio drugačiji.

Termičkog širenja vode, na primjer, počinje na nula stepeni Celzijusa i prostire se sa smanjenjem temperature. Ranije ove eksperimentalni rezultati u vezi sa činjenicom da sama voda ne proširi, a kontejner je sužava, u kojoj se nalazi. Ali nakon nekog vremena, fizičar Deluka dalje dolaze do zaključka da je razlog treba tražiti u tečnosti. On je odlučio da se temperatura svoje maksimalne gustine. Međutim, on nije uspeo zbog zanemariti neke detalje. Rumfort, koji je proučavao ovaj fenomen, utvrdio da se posmatra maksimalna gustoća vode u rasponu od 4 do 5 stepeni Celzijusa.

Termičko širenje tijela

mehanizam materije glavni ekspanzija je promjena amplituda oscilacije kristalne rešetke. U jednostavnim riječima, atomi koji čine materijal i rigidno u kombinaciji između njih, početi da "trese".

Zakon termičkog širenja tela formuliran kako slijedi: bilo koje tijelo s linearne dimenzije L u procesu grijanje na dT (delta T - razlika između početnog temperature i konačni) proširen za iznos dl (delta L - je derivat koeficijenta linearnog termičkog širenja u dužini objekta, a razlika temperatura). Ovo je najjednostavniji verziju zakona, koji je po defaultu uzima u obzir da je tijelo je proširena u svim pravcima odjednom. Ali za praktičan rad koriste mnogo više nezgrapan proračuna, jer u stvarnosti, materijali ne ponašaju kao simuliranim fizike i matematike.

Termičkog širenja željezničke

Za polaganje pruge je oduvek privlačio fizičara inženjeri, jer mogu izračunati točno koliko je udaljenost treba biti između spojeva šina za grijanje ili putanja hlađenje nije deformisan.

Kao što je već gore navedeno, linearnog širenja termalne važi za sve čvrste materije. I šine nije bila izuzetak. Ali postoji jedan detalj. Rampa slobodno se javlja ako tijelo ne utiče sila trenja. Šine su pričvršćene za pragove i šine su zavarene na susedne, tako da je zakon, koji opisuje promjenu dužine, omogućava prevazilaženje prepreka u vidu trčanja, i otpornost na dupe.

Ako rail ne mogu promijeniti svoje dužine, s promjenom temperature povećava se termalni stres, koji može ili rastegnuti ili stisnuti ga. Ovaj fenomen je opisan Hukov zakon.