ШТА ЈЕ ВОЛУМЕТРИЈСКА ДИЛАТАЦИЈА? (СА ПРИМЕРИМА) - ФИЗИЧКИ - 2025

Проширење Запремина је физички феномен који укључује промену у три димензије тела. Запремина или димензије већине супстанци се повећавају када су изложене топлоти; То је феномен познат под називом термичка експанзија, али постоје и супстанце које се загријавају при загревању.

Иако су промене запремине релативно мале за чврсте материје, оне су од великог техничког значаја, посебно у ситуацијама када је пожељно спојити материјале који се различито шире.

Облик неких чврстих материја се изобличава при загревању и може се проширити у неким смеровима и скупити у другим. Међутим, када постоји само дилатација у одређеном броју димензија, постоји таква класификација:

• Линеарна дилатација се јавља када преовлађује варијација у одређеној димензији, као што су дужина, ширина или висина тела.
• Површинска дилатација је она где преовлађује варијација у две од три димензије.
• Коначно, волуметријска дилатација подразумева варијацију у три димензије тела.

Основни појмови који се односе на термичко ширење

Топлотна енергија

Материја се састоји од атома који су у непрекидном кретању, било да се крећу или вибрирају. Кинетичка (или гибљива) енергија којом се атоми крећу назива се топлотном енергијом, што се брже крећу, то више топлотне енергије имају.

Вруће

Топлота је топлотна енергија која се на макроскопском нивоу преноси између две или више супстанци или из једног дела материје у други. То значи да вруће тело може да се одрекне дела своје топлотне енергије и да утиче на тело које му је близу.

Количина пренесене топлотне енергије зависи од природе оближњег тела и окружења које их раздваја.

Температура

Концепт температуре је од суштинске важности за проучавање утицаја топлоте, температура тела је мерило његове способности да преноси топлоту у друга тела.

Два тела која су у међусобном додиру или раздвојена погодним медијумом (топлотним проводником) биће на истој температури ако између њих нема топлотног тока. Слично томе, тело Кс ће бити на вишој температури од тела И ако топлота струји од Кс до И.

Која су основна својства топлотног ширења?

Јасно је повезано са променом температуре, што је већа температура, то је већа експанзија. Такође зависи од унутрашње структуре материјала, у термометру је ширење живе много веће од ширења чаше која га садржи.

Шта је основни узрок топлотног ширења?

Повећање температуре подразумева пораст кинетичке енергије појединих атома у супстанци. У чврстом стању, за разлику од гаса, атоми или молекули су уско повезани, али њихова кинетичка енергија (у облику малих, брзих вибрација) одваја атоме или молекуле један од другог.

Ово раздвајање између суседних атома постаје веће и веће и резултира повећањем величине чврсте супстанце.

За већину супстанци у уобичајеним условима, нема преферираног правца у којем долази до топлотног ширења, а пораст температуре ће повећати величину чврсте материје за одређену фракцију у свакој димензији.

Линеарна дилатација

Најједноставнији пример дилатације је експанзија у једној (линеарној) димензији. Експериментално је утврђено да је промена у дужини ΔЛ неке супстанце пропорционална промени температуре ΔТ и почетној дужини Ло (слика 1). То можемо представити на следећи начин:

ДЛ = аЛоДТ

где је α коефицијент пропорционалности који се назива коефицијент линеарне експанзије и карактеристичан је за сваки материјал. Неке вредности овог коефицијента приказане су у табели А.

Коефицијент линеарне експанзије је већи за материјале који имају веће ширење за сваки степен Целзијуса када њихова температура порасте.

Површна дилатација

Када узмемо равнину унутар чврстог тела, тако да је та равнина она која подвргава топлотном ширењу (слика 2), промена на површини ΔА дана је:

ДА = 2аА0

где је ΔА промена почетног подручја Ао, Т је промена температуре, а α коефицијент линеарне експанзије.

Волуметријска дилатација

Као и у претходним случајевима, промена запремине ΔВ може се апроксимирати односом (слика 3). Ова једначина се обично пише на следећи начин:

ДВ = бВоДТ

где је β коефицијент волуметријске експанзије и приближно је једнак 3∝ Λ∝ τ∝ ßλ∝ 2, приказане су вредности коефицијената запреминске експанзије за неке материјале.

Опћенито, твари ће се ширити под повећањем температуре, а вода је најважнији изузетак од овог правила. Вода се шири када је њена температура већа од 4 ° Ц.

Међутим, такође се шири када се температура смањи у опсегу од 4 ° Ц до 0 ° Ц. Овај ефекат се може приметити када се вода стави у фрижидер, вода се шири када се смрзне, па је тешко извадити лед из своје посуде због овог ширења.

Примери

Разлике у волуметријском ширењу могу довести до занимљивих ефеката на бензинској станици. Пример је точење бензина у резервоар који је управо напуњен врелог дана.

Бензин хлади челични резервоар када се сипа, а бензин и резервоар се шире са температуром околног ваздуха. Међутим, бензин се шири много брже од челика, што узрокује да цури из резервоара.

Разлика у експанзији између бензина и резервоара који га садрже може створити проблеме приликом очитавања мерача горива. Количина бензина (масе) која остаје у резервоару када се досегне празан је љети много мањи него зими.

Бензин има исту запремину на обе станице када се лампица упозорења упали, али с обзиром на то да се бензин током лета шири, има мању масу.

Као пример, можете узети пуни челични резервоар за гас, запремине 60Л. Ако је температура резервоара и бензина 15ºЦ, колико ће се бензина налити кад достигне температуру од 35ºЦ?

Резервоар и бензин ће се повећавати у запремини због повећања температуре, али бензин ће порасти више него резервоар. Дакле, проливени бензин ће бити разлика у вашој промени запремине. Волуметријска једнаџба проширења може се затим користити за израчунавање промена запремине:

Запремина проливена повећањем температуре је тада:

Комбинујући ове три једначине у једну, имамо:

Из табеле 2 добијају се вредности коефицијента волуметријског ширења, замењујући вредности:

Иако је ова количина проливаног бензина релативно незнатна у поређењу са 60Л резервоаром, ефекат је изненађујући, јер се бензин и челик брзо шире.

Библиографија

1. Иен Хо Цхо, Таилор Р. Термичка експанзија чврстих тела АСМ Интернатионал, 1998.
2. Х. Ибацх, Ханс Лутх Солид-Стате Пхисицс: Увод у принципе наука о материјалима Спрингер Сциенце & Бусинесс Медиа, 2003.
3. Халлидаи Д., Ресницк Р., Кране К. Физика, свезак 1. Вилеи, 2001.
4. Мартин Ц. Мартин, Цхарлес А. Хеветт Елементи класичне физике Елсевиер, 2013.
5. Земански Марк В. Топлина и термодинамика. Редакција Агуилар, 1979.