Termisk utvidelse av faste stoffer og væsker

Det er kjent at under påvirkning av varme partikler akselerere dets tilfeldig bevegelse. Hvis du varme gassen, molekylene som utgjør den, bare fly bort fra hverandre. Den oppvarmede væske er første økning i volumet, og deretter begynner å fordampe. Og hva vil skje med faste stoffer? Ikke en eneste av dem kan endre sin tilstand av aggregering.

Varmeutvidelse: Definisjon

Termisk utvidelse - en endring i størrelsen og formen på endringer i kroppstemperatur. Matematisk kan man beregne volumet utvidelseskoeffisient, slik at for å forutsi oppførselen til gasser og væsker i samme ytre betingelser. For å få de samme resultater for faste stoffer, er det nødvendig å ta hensyn til koeffisienten for lineær ekspansjon. Fysikere har funnet en hel del for denne typen forskning, og kalte det dilatometri.

Ingeniører og arkitekter trenger kunnskap om oppførselen til ulike materialer under høye og lave temperaturer for utforming av bygninger, rydder veier og rør.

ekspansjon av gassene

Termisk ekspansjon følges av utvidelse av gasser i romvolum. Det bemerkes naturforskere-filosofene i antikken, men å bygge matematiske beregninger bare skje i moderne fysikk.

Først av alle forskere som er interessert i utvidelsen av luften, da det virket for dem en mulig oppgave. De er så ivrig tok opp saken, som fikk ganske motstridende resultater. Naturligvis ikke et slikt resultat ikke tilfreds det vitenskapelige samfunn. Målenøyaktighet avhengig av hva som ble brukt termometer, trykk, og mange andre forhold. Noen fysikere har selv kommet til å tro at utvidelsen av gassene ikke er avhengig av temperaturendringer. Eller denne avhengigheten er ikke komplett ...

Arbeidet med Dalton og Gay-Lussac

Fysikere har fortsatt å hevde seg hes eller har forlatt måling, om ikke Dzhon Dalton. Han og en annen fysiker Gay-Lussac, samtidig uavhengig av hverandre var i stand til å få de samme måleresultatene.

Lussac prøvde å finne årsaken til et så stort antall forskjellige resultater, og bemerket at noen instrumenter på tidspunktet for opplevelsen var vannet. Naturligvis er under oppvarming omdannes til damp og forandret mengde og sammensetning av prøvegassen. Derfor er det første som gjorde vitenskapsmann - er tørke alle verktøyene, som ble brukt for forsøket, og utelukket selv en minimal andel av fuktighet i testgass. de første erfaringer var mer betydelig etter alle disse manipulasjoner.

Dalton håndtert dette problemet lenger enn sine kolleger og publisert resultatene i begynnelsen av XIX århundre. Det lufttørket damper av svovelsyre, og deretter varme den opp. Etter en serie eksperimenter, Johannes kom til den konklusjon at alle gasser og damp er utvidet med en faktor på 0,376. Lussac Vi fikk nummer 0375. Dette var resultatet av den offisielle etterforskningen.

Vanndamptrykk

Termisk utvidelse av gassene avhenger av deres elastisitet, det vil si evnen til å vende tilbake til opprinnelig volum. Den første til å utforske problemet var Ziegler i midten av det attende århundre. Men resultatene av hans eksperimenter er for forskjellige. Mer pålitelige tall var Dzheyms Uatt, som brukes for høy temperatur kjele Papin, og for lavt - barometer.

Ved slutten av XVIII århundre fransk fysiker Prony forsøkt å utlede en enkel formulering som vil beskrive den elastisitet av gass, men det viste seg odde tungvint og vanskelig å bruke. Dalton besluttet å empirisk kontrollere alle beregninger, ved hjelp av en hevert barometer. Til tross for at temperaturen i alle forsøkene var den samme, var resultatene svært nøyaktig. Så ga han dem i form av en tabell i en fysikk lærebok.

Teorien for fordampning

Termisk utvidelse av gasser (slik som fysisk teoretiske) har gjennomgått forskjellige endringer. Forskere har forsøkt å få til kjerneprosesser som produserer damp. Her igjen, har vi scoret en berømt fysiker Dalton. Det er antatt at en eventuell gassrommet er mettet med damp, uavhengig av om til stede i reservoaret (innendørs) en hvilken som helst annen gass eller damp. Derfor kan vi konkludere med at væsken ikke vil fordampe bare kommer i kontakt med atmosfærisk luft.

kolonne av lufttrykket på væskeoverflaten øker avstanden mellom atomene, rive dem fra hverandre og avdamping, dvs. at den fremmer dannelsen av damp. Men det molekylet paret fortsetter å operere påvirkning av tyngdekraften, slik forskere trodde at atmosfærisk trykk ikke påvirker fordampning av væsker.

utvidelse av væsker

Termisk utvidelse væsker undersøkt i parallell med utvidelse av gasser. Vitenskapelig forskning engasjert i de samme forskerne. For å gjøre dette, de bruker et termometer aerometry, kommunisere fartøy og andre verktøy.

Alle eksperimenter sammen og enkeltvis tilbakevist teorien om Dalton som ensartet fluidumet utvider seg i forhold til kvadratet av den temperatur ved hvilken de er oppvarmet. Selvfølgelig, jo høyere temperaturen er, desto større volum av væske, men den direkte forhold var ikke mellom dem. Og ekspansjonstakten for alle væsker var forskjellig.

Termisk utvidelse av vann, for eksempel, begynner på null grader, og strekker seg med avtagende temperatur. Tidligere har disse eksperimentelle resultater er knyttet til det faktum at vannet i seg selv ikke utvider seg, og beholderen er konisk, i hvilket det er plassert. Men en stund senere, fysiker Deluca fortsatt komme til den konklusjon at grunnen bør søkes i væsken. Han bestemte seg for å finne temperaturen på sitt høyeste tetthet. Men han lyktes ikke på grunn forsømme noen detaljer. Rumfort, som har studert dette fenomenet, fant at den maksimale tettheten av vann er observert i området 4-5 grader Celsius.

Termisk utvidelse av legemer

I faste stoffer, er den viktigste mekanisme for å endre amplituden av utvidelsen av krystallgitteret. I enkle ord, atomene som utgjør materialet og er stivt koblet mellom dem, begynner å "riste".

Lov av termiske ekspansjonslegemer formulert som følger: et hvilket som helst legeme med en lineær dimensjon L i oppvarmingsprosessen på dT (delta T - forskjellen mellom den opprinnelige temperatur og endelig) utvidet med en mengde dl (delta L - er et derivat av en lineær termisk utvidelse i lengden av objektet og forskjellen temperatur). Dette er den enkleste versjonen av loven, som av retten tar hensyn til at kroppen er utvidet i alle retninger samtidig. Men for praktisk arbeid med mye mer tungvint beregninger, da det i virkeligheten, gjør materialer som ikke oppfører seg som simulert fysikk og matematikk.

Termisk utvidelse av skinnen

For å legge jernbanesporet har alltid tiltrukket fysikere ingeniører, siden de kan beregne nøyaktig hvor mye avstand skal være mellom leddene i skinnene til oppvarming eller kjøling bane ikke er deformert.

Som allerede nevnt ovenfor, den termiske lengdeutvidelse anvendelig for alle faste stoffer. Og rails var intet unntak. Men det er en detalj. Ramp oppstår fritt om legemet ikke påvirkes av friksjonskraften. Skinnene er festet til svillene og skinnene er sveiset til tilstøtende, så lov, som beskriver endringen i lengde, gir mulighet for å overvinne hindringer i form av løping, og baken motstand.

Hvis skinnen ikke kan forandre sin lengde, med en endring i temperatur øker den termiske stress, som enten kan strekke eller komprimere det. Dette fenomenet er beskrevet av Hookes lov.