Dilatarea termică a solidelor și lichidelor

Este cunoscut faptul că sub acțiunea particulelor de căldură accelerează mișcarea sa aleatoare. Dacă încălziți gazul, moleculele care constituie, doar zbura departe unul de altul. Lichidul este încălzit mai întâi o creștere a volumului și apoi începe să se evapore. Și ce se va întâmpla cu solide? Nu fiecare dintre ele se pot schimba starea lor de agregare.

Dilatarea termică: Definiție

dilatare termică - o schimbare în mărimea și forma modificărilor temperaturii corpului. Matematic, se poate calcula coeficientul de dilatare al volumului, care permite de a prezice comportamentul gazelor și lichidelor în schimbarea condițiilor externe. Pentru a obține aceleași rezultate pentru solide, este necesar să se ia în considerare coeficientul de dilatare liniară. Fizicienii au identificat o întreagă secțiune pentru acest tip de cercetare și a numit-o dilatometry.

Ingineri și arhitecți au nevoie de cunoștințe despre comportamentul diferitelor materiale la temperaturi foarte înalte și joase, pentru proiectarea clădirilor, acoperire de drumuri și conducte.

expansiunea gazelor

Dilatarea termică este însoțită de expansiunea gazelor în volumul spațiului. Aceasta a observat naturaliști-filosofi din cele mai vechi timpuri, dar pentru a construi calcule matematice se întâmplă numai în fizica modernă.

Mai întâi de toți oamenii de știință interesați în expansiunea aerului, așa cum părea să-i o sarcină fezabilă. Ele sunt atât de zel a preluat cazul, care a primit rezultate destul de contradictorii. Desigur, un astfel de rezultat nu satisface comunitatea științifică. Precizia de măsurare depinde de termometru ce a fost folosit, de presiune, și multe alte condiții. Unii fizicieni au ajuns chiar să creadă că expansiunea gazelor nu depinde de schimbările de temperatură. Sau această dependență nu este completă ...

Lucrarea lui Dalton și Gay-Lussac

Fizicienii au continuat să se argumenteze răgușit sau au abandonat măsurarea, în cazul în care nu Dzhon Dalton. El și un alt fizician Gay-Lussac, în același timp, în mod independent unul de altul au putut obține aceleași rezultate de măsurare.

Lussac a fost încercarea de a găsi cauza unei astfel de număr mare de rezultate diferite și a remarcat că unele instrumente la momentul experienței a fost apa. Firește, în timpul încălzirii este transformată în abur și a schimbat cantitatea și compoziția gazului de încercare. Prin urmare, primul lucru pe care a făcut omul de știință - se usuce bine toate instrumentele, care au fost utilizate pentru experiment, și a exclus chiar un procent minim de umiditate a gazului de încercare. primele experiențe au fost mai semnificative după toate aceste manipulări.

Dalton tratat această problemă mai mult decât colegii săi și a publicat rezultatele chiar la începutul secolului al XIX-lea. Se usucă cu aer vapori de acid sulfuric și apoi se încălzește. După o serie de experimente, John a ajuns la concluzia că toate gazele și aburul este extins cu un factor de 0.376. Lussac Avem numărul 0375. Acesta a fost rezultatul investigației oficiale.

Presiune vapori de apă

Dilatarea termică a gazelor depinde de elasticitatea lor, adică capacitatea de a reveni la volumul inițial. Primul care a explora problema a fost Ziegler, în mijlocul secolului al XVIII-lea. Dar rezultatele experimentelor sale sunt prea diferite. cifre mai fiabile a fost Dzheyms Uatt, care este utilizat pentru cazan de temperatură ridicată Papin și pentru low - barometru.

La sfârșitul secolului al XVIII-lea fizicianul francez Prony a încercat să obțină o singură formulă care ar descrie elasticitatea de gaz, dar sa dovedit greoaie ciudat și dificil de utilizat. Dalton a decis să verifice toate calculele empiric, folosind un barometru sifon. În ciuda faptului că temperatura în toate experimentele a fost la fel, rezultatele au fost foarte precise. Deci, el le-a publicat sub forma unui tabel într-un manual de fizica.

Teoria evaporării

Dilatarea termică a gazelor (cum ar fi teoria fizică) a suferit diverse modificări. Oamenii de știință au încercat să ajungă la procesele de bază care produc abur. Aici din nou, am marcat un fizician celebru Dalton. Este conjectured că orice spațiu de gaz este saturat cu vapori, indiferent dacă prezentă în rezervor (interior) orice alt gaz sau vapori. Prin urmare, putem concluziona că fluidul nu se va evapora doar intră în contact cu aerul atmosferic.

coloană de presiune a aerului pe suprafața lichidului crește spațiul dintre atomii, lăcrimare-le în afară și evaporarea, adică promovează formarea de abur. Dar molecula pereche continuă să funcționeze forța de gravitație, astfel încât oamenii de știință au crezut că presiunea atmosferică nu afectează evaporarea lichidelor.

extinderea lichidelor

lichide de expansiune termică investigate în paralel cu extinderea gazelor. Cercetarea științifică angajate în aceeași oameni de știință. Pentru a face acest lucru, ei folosesc un termometru aerometrie, vasele comunicante și alte instrumente.

Toate experimentele respinse împreună și individual teoria Dalton fluid care se extinde uniform proporțional cu pătratul temperatura la care sunt încălzite. Desigur, este mai mare temperatura, cu atât mai mare volumul de fluid, dar directă relația nu era între ei. Iar rata de expansiune pentru toate fluidele era diferit.

Dilatarea termică a apei, de exemplu, începe la zero grade Celsius și se extinde cu scăderea temperaturii. Anterior, aceste rezultate experimentale asociate cu faptul ca apa in sine nu se extinde, iar recipientul este conic, în care se află. Dar ceva timp mai târziu, fizicianul Deluca încă ajuns la concluzia că motivul pentru care ar trebui să fie căutate în lichid. El a decis să găsească temperatura densitatea maximă. Cu toate acestea, el nu a reușit din cauza neglijentei unor detalii. Rumfort, care a studiat acest fenomen, a constatat că densitatea maximă a apei este observată în intervalul de la 4 până la 5 grade Celsius.

Dilatarea termică a corpurilor

În solide, mecanismul principal este de a schimba amplitudinea expansiunii rețelei cristaline. În cuvinte simple, atomii care alcătuiesc materialul și sunt cuplate rigid între ele, încep să „se agită“.

Legea corpurilor de expansiune termică formulate după cum urmează: orice organism, cu o dimensiune L liniară în procesul de încălzire pe dT (delta T - diferența dintre temperatura inițială și finală) a extins cu o valoare dL (delta L - este un derivat al coeficientului de dilatare termică liniară în lungime a obiectului și diferența temperatura). Aceasta este cea mai simplă versiune a legii, care, în mod implicit ia în considerare faptul că organismul este extins în toate direcțiile dintr-o dată. Dar pentru lucrări practice folosind calcule mult mai greoaie, deoarece, în realitate, materialele nu se comportă ca fizica simulate și matematică.

Dilatarea termică a șinei

Pentru stabilire a căii ferate a atras întotdeauna ingineri fizicieni, deoarece acestea pot calcula exact cât de mult ar trebui să fie distanța între încheieturile șinelor de încălzire sau de răcire cale nu este deformată.

După cum sa menționat deja mai sus, expansiunea termică liniară aplicabilă pentru toate solidele. Și șine nu a făcut excepție. Dar există un detaliu. Rampă are loc în mod liber în cazul în care organismul nu este afectat de forța de frecare. Șinele sunt fixate pe traverse și șine sunt sudate la adiacente, astfel încât legea, care descrie schimbarea în lungime, permite depășirea obstacolelor în formă de rulare și rezistența cap la cap.

În cazul în care transportul feroviar nu poate schimba lungimea sa, cu o schimbare a temperaturii crește stresul termic, care poate fie întinde sau comprima-l. Acest fenomen este descris de legea lui Hooke.