Топлинно разширение на обема

Научететоплинно линейно разширение на твърди тела и газове във физиката: как изглежда топлинният коефициент на топлинно разширение, изотропни материали, формула.

При промени в температурата веществата реагират под формата на разширение или свиване. И това се случва във всички посоки.

Учебна задача

Сравнете ефекта на налягането върху разширяването на газообразни и твърди материали.

Ключови точки

Изотропните вещества се разширяват с еднаква скорост във всички посоки.
В газ разширението се основава на промени в налягането.
В случай на твърдо тяло ефектът от налягането върху материала може да се пренебрегне и коефициентът се записва като За изотропни материали: αV = 3αL.

Изотропни - свойствата са еднакви във всички посоки.
Коефициентът на линейно топлинно разширение е частична промяна на дължината на градус промяна на температурата.

Коефициент на обемно топлинно разширение - е основният показател при топлинното разширение. При промяна на температурата веществата се разширяват или свиват и това се случва във всички посоки. Такова разширение се нарича изотропно. За такива материали площта и линейните коефициенти могат да бъдат изчислени от обемния коефициент.

Ако температурата се повиши, тогава телата се разширяват във всички посоки. В чертежа плътните линии и разширените граници с пунктирани линии показват оригиналните граници на обектите. (a) - Площта се увеличава, защото дължината и ширината се увеличават. (b) - Ако капакът се отстрани, дупката ще стане по-голяма с повишаване на температурата. (c) – Обемът също ще се увеличи, защото трите измерения са станали по-големи

В математиката се изразява като:

Индексp показва, че налягането остава стабилно по време на разширяване. Ако срещнем газ, не забравяйте, че обемът на газа зависи от налягането и температурата.

За твърдо тяло ефектът от налягането може да бъде пропуснат:

(V е обемът на материала, dV/dT е скоростта на промяна на обема с температурата).

Това означава, че обемът на материала се променя с определена фиксирана дробна стойност. Например, стоманен блок с обем от 1 m 3 може да се разшири до 1,002 m 3 с 50 °C (0,2%) увеличение на температурата. Коефициентът на обемно разширение ще бъде 0,004% на градус Целзий.

Връзка с линейния коефициент на топлинно разширение

За изотропен материал коефициентът на линейно термично разширение е 1/3 от обемния коефициент. За да изведем съотношението, нека вземем стоманен куб с дължина на страната L. Първоначалният обем е V \u003d L 3, а новият обем след повишаване на температурата:

V + ΔV = (L + ΔL) 3 = L 3 + 3L 2 ΔL + 3L (ΔL) 2 + (ΔL) 3 ≈ L 3 + 3L 2 ΔL = V + 3V.

Приближението се извършва за достатъчно малък ΔL в сравнение с L. Тъй като: