Termisk udvidelse af faste stoffer og væsker

Det er kendt, at under indvirkning af varme partikler fremskynde sin tilfældig bevægelse. Hvis du varme gassen, de molekyler, der udgør det, bare flyve væk fra hinanden. Den opvarmede væske er første stigning i volumen, og derefter begynde at fordampe. Og hvad vil der ske med faste stoffer? Ikke hver eneste af dem kan ændre deres tilstand af sammenlægning.

Termisk ekspansion: Definition

Termisk ekspansion - en ændring i størrelsen og formen af temperatursvingninger. Matematisk kan man beregne volumen ekspansionskoefficient, således at forudsige adfærden af gasser og væsker i skiftende ydre forhold. At få de samme resultater for faste stoffer, er det nødvendigt at tage hensyn til koefficienten for lineær ekspansion. Fysikere har identificeret en hel sektion for denne form for forskning og kaldte det dilatometri.

Ingeniører og arkitekter har brug for viden om adfærden af forskellige materialer under høje og lave temperaturer til design af bygninger, baner veje og rør.

ekspansion af gasser

Termisk ekspansion ledsages af ekspansion af gasserne i rummet volumen. Det noterede naturforskere-filosoffer i oldtiden, men at bygge matematiske beregninger sker kun i moderne fysik.

Først og fremmest forskere interesseret i udbygningen af den luft, som det syntes at dem en realistisk opgave. De er så nidkært tog sagen op, hvilket fik ganske modstridende resultater. Naturligvis betyder et sådant resultat ikke opfylder det videnskabelige samfund. Målenøjagtigheden afhang hvad der blev brugt termometer, tryk og mange andre forhold. Nogle fysikere har endda kommet til at tro, at udvidelsen af gasserne ikke afhænger af temperaturændringer. Eller denne afhængighed er ikke komplet ...

Arbejdet i Dalton og Gay-Lussac

Fysikere har fortsat med at argumentere sig hæse eller har opgivet målingen, hvis ikke Dzhon Dalton. Han og en anden fysiker Gay-Lussac, samtidig uafhængigt af hinanden kunne få de samme måleresultater.

Lussac forsøgte at finde årsagen til et så stort antal forskellige resultater, og bemærkede, at nogle instrumenter på det tidspunkt af erfaringerne var vandet. Naturligvis er under opvarmning omdannes til damp og ændret mængde og sammensætning af testgassen. Derfor er det første, der gjorde den videnskabsmand - er grundigt tørre alle de værktøjer, som blev brugt til forsøget, og udelukkes selv en minimal procentdel af fugtighed i testen gas. de første par erfaringer var mere markant efter alle disse manipulationer.

Dalton behandlet dette problem længere end sine kolleger og publiceret resultaterne i begyndelsen af det XIX århundrede. Det lufttørret dampe af svovlsyre og derefter opvarme den. Efter en række eksperimenter, Johannes kom til den konklusion, at alle de gasser og damp ekspanderes med en faktor på 0,376. Lussac Vi fik nummer 0375. Dette var resultatet af den officielle undersøgelse.

vanddamptrykket

Termisk ekspansion af gasserne afhænger af deres elasticitet, dvs. evnen til at vende tilbage til det oprindelige volumen. Den første til at undersøge spørgsmålet var Ziegler i midten af det attende århundrede. Men resultaterne af hans eksperimenter er for forskellige. Mere pålidelige tal var Dzheyms Uatt, som anvendes til høj temperatur kedel Papin, og for lavt - barometer.

I slutningen af det XVIII århundrede franske fysiker forsøgt Prony at udlede en enkelt formel, der ville beskrive elasticiteten af gas, men det viste sig ulige besværlige og vanskelige at bruge. Dalton besluttede at empirisk verificere alle beregninger, ved hjælp af en hævert barometer. På trods af, at temperaturen i alle forsøg var den samme, var resultaterne meget præcise. Så udgav han dem i form af en tabel i en fysik lærebog.

Teorien om fordampning

Termisk udvidelse af gasser (såsom fysisk teori) har undergået forskellige ændringer. Forskere har forsøgt at komme til de kerneprocesser, der producerer damp. Også her har vi scorede et berømt fysiker Dalton. Det formodes, at enhver gasrummet er mættet med dampe uanset om stede i reservoiret (indendørs) enhver anden gas eller damp. Derfor kan vi konkludere, at væsken vil ikke fordampe bare kommer i kontakt med atmosfærisk luft.

luftsøjle tryk på væskeoverfladen forøger mellemrummet mellem atomerne, rive dem fra hinanden og inddampning, det vil sige det fremmer dannelsen af damp. Men molekylet par fortsætter med at fungere tyngdekraften, så forskere mente, at det atmosfæriske tryk ikke påvirker fordampning af væsker.

udvidelse af væsker

Termiske ekspansion væsker undersøgt parallelt med udvidelsen af gasser. Videnskabelig forskning engageret i de samme forskere. For at gøre dette, de bruger et termometer aerometry, forbundne kar og andre værktøjer.

Alle eksperimenter sammen og hver modbevist teorien for Dalton at ensartet væske ekspanderer proportionalt med kvadratet på den temperatur, hvor de opvarmes. Selvfølgelig, jo højere temperaturen er, jo større fluidvolumen, men den direkte forbindelse var ikke mellem dem. Og satsen for ekspansion for alle væsker var anderledes.

Termisk ekspansion af vandet, for eksempel begynder ved nul grader Celsius og strækker sig med faldende temperatur. Tidligere disse eksperimentelle resultater er forbundet med det faktum, at vand i sig selv ikke udvide, og beholderen er tilspidset, hvor den er placeret. Men nogen tid senere, fysiker Deluca stadig komme til den konklusion, at der bør søges grunden i væsken. Han besluttede at finde temperaturen på sin maksimale tæthed. Imidlertid har han ikke lykkes på grund at forsømme nogle detaljer. Rumfort, der har studeret dette fænomen, fandt, at den maksimale tæthed af vand er observeret i området fra 4 til 5 grader Celsius.

Termisk udvidelse af organer

I faste stoffer, den vigtigste mekanisme er at ændre amplituden af ekspansion af krystalgitteret. I simple ord, atomerne, der udgør materialet og er stift koblet mellem dem, begynder at "ryste".

Ret af varmeudvidelse organer formuleret som følger: ethvert organ med en lineær dimension L i opvarmningsprocessen på dT (delta T - forskellen mellem den initiale temperatur og endelig) ekspanderet i en mængde dL (delta L - er et derivat af lineær termisk udvidelse i længden af genstanden og forskellen temperatur). Dette er den enkleste version af loven, der som standard tager højde for, at kroppen er udvidet i alle retninger på én gang. Men for det praktiske arbejde ved hjælp af langt mere besværlige beregninger, da der i virkeligheden har de materialer, der ikke opfører sig som simuleret fysik og matematik.

Termisk ekspansion af skinnen

For at lægge jernbanespor har altid tiltrukket fysikere ingeniører, da de kan beregne præcist hvor meget afstand skal være mellem leddene i skinnerne til opvarmning eller ikke er deformeret køling sti.

Som allerede nævnt ovenfor, den termiske længdeudvidelse gælder for alle faste stoffer. Og skinner var ingen undtagelse. Men der er en detalje. Rampe sker frit, hvis kroppen ikke er påvirket af friktionskraften. Skinnerne er fastgjort til svellerne og skinnerne er svejset til tilstødende, så den lov, som beskriver ændringen i længde, giver mulighed for at overvinde forhindringer i form af løb, og butt modstand.

Hvis skinnen ikke kan ændre dets længde, med en ændring i temperatur det øger den termiske stress, som enten kan strække eller komprimere det. Dette fænomen er beskrevet af Hookes lov.