Θερμική διαστολή στερεών και υγρών

Είναι γνωστό ότι υπό την επίδραση των σωματιδίων θερμότητα επιταχύνουν τυχαία κίνησή του. Αν θερμάνει το φυσικό αέριο, τα μόρια που αποτελούν, απλά πετάξει μακριά το ένα από το άλλο. Το θερμαινόμενο υγρό είναι πρώτη αύξηση του όγκου, και στη συνέχεια να αρχίσει να εξατμιστεί. Και τι θα συμβεί με στερεά; Δεν είναι κάθε ένας από αυτούς μπορεί να αλλάξει την κατάσταση της συνάθροισης.

Θερμικής διαστολής: Ορισμός

Θερμική διαστολή - μια αλλαγή στο μέγεθος και το σχήμα των αλλαγών της θερμοκρασίας του σώματος. Από μαθηματική άποψη, μπορεί κανείς να υπολογίσει τον συντελεστή διαστολής του όγκου, επιτρέποντας να προβλέψει τη συμπεριφορά των αερίων και υγρών σε μεταβαλλόμενες εξωτερικές συνθήκες. Για να έχετε τα ίδια αποτελέσματα για στερεά, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ο συντελεστής γραμμικής διαστολής. Οι φυσικοί έχουν εντοπίσει μια ολόκληρη ενότητα για αυτό το είδος της έρευνας και κάλεσε την εκτατομετρία.

Οι μηχανικοί και οι αρχιτέκτονες πρέπει γνώση για τη συμπεριφορά των διαφόρων υλικών υπό υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες για το σχεδιασμό των κτιρίων, ανοίγοντας δρόμους και σωληνώσεις.

εκτόνωση των αερίων

Η θερμική διαστολή συνοδεύεται από αύξηση των αερίων του όγκου χώρο. Σημείωσε φυσιοδίφες-φιλόσοφοι στην αρχαιότητα, αλλά και για την κατασκευή μαθηματικούς υπολογισμούς να συμβεί μόνο στη σύγχρονη φυσική.

Πρώτα απ 'όλους τους επιστήμονες που ενδιαφέρονται για την επέκταση του αέρα, όπως φάνηκε να τους μια εφικτή αποστολή. Είναι τόσο ζήλο ανέλαβε την υπόθεση, η οποία έλαβε αρκετά αντιφατικά αποτελέσματα. Φυσικά, ένα τέτοιο αποτέλεσμα δεν ικανοποιεί την επιστημονική κοινότητα. Ακρίβεια της μέτρησης εξαρτάται από το τι χρησιμοποιήθηκε θερμόμετρο, πίεση, και πολλές άλλες προϋποθέσεις. Μερικοί φυσικοί έχουν έρθει ακόμη να πιστεύουν ότι η επέκταση των αερίων δεν εξαρτάται από τις αλλαγές της θερμοκρασίας. Ή αυτή η εξάρτηση δεν είναι πλήρης ...

Το έργο του Dalton και Gay-Lussac

Οι φυσικοί εξακολουθούν να υποστηρίζουν οι ίδιοι βραχνή ή έχουν εγκαταλείψει τη μέτρηση, αν όχι Dzhon Dalton. Αυτός και ένας άλλος φυσικός Gay-Lussac, την ίδια στιγμή, ανεξάρτητα από την άλλη ήταν σε θέση να πάρετε τα ίδια αποτελέσματα μετρήσεων.

Lussac προσπαθούσε να βρει την αιτία ενός τόσο μεγάλου αριθμού των διαφορετικών αποτελεσμάτων και σημείωσε ότι ορισμένα μέσα κατά το χρόνο της εμπειρίας ήταν το νερό. Φυσικά, κατά τη διάρκεια της θέρμανσης μετατρέπεται σε ατμό και άλλαξε την ποσότητα και τη σύνθεση του αερίου δοκιμής. Ως εκ τούτου, το πρώτο πράγμα που έκανε ο επιστήμονας - είναι καλά στεγνώσει όλα τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για το πείραμα, και απέκλεισε ακόμη και ένα ελάχιστο ποσοστό υγρασίας του αερίου δοκιμής. οι πρώτες εμπειρίες ήταν πιο σημαντική από όλες αυτές τις μεθοδεύσεις.

Dalton ασχολήθηκε με το θέμα αυτό περισσότερο από τους συναδέλφους του και δημοσίευσε τα αποτελέσματα στην αρχή του ΧΙΧ αιώνα. Είναι ξηραίνεται στον αέρα ατμοί του θειικού οξέος και στη συνέχεια να τη θέρμανση. Μετά από μια σειρά πειραμάτων, John κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όλα τα αέρια και ατμό επεκταθεί κατά έναν παράγοντα 0.376. Lussac Πήραμε αριθμό 0,375. Αυτό ήταν το αποτέλεσμα της επίσημης έρευνας.

πίεση των υδρατμών

Η θερμική διαστολή των αερίων εξαρτάται από την ελαστικότητά τους, δηλαδή την ικανότητα να επιστρέψει στο αρχικό του όγκο. Ο πρώτος για να διερευνήσει το θέμα ήταν Ziegler στα μέσα του δέκατου όγδοου αιώνα. Όμως, τα αποτελέσματα των πειραμάτων του είναι πολύ διαφορετικές. Πιο αξιόπιστα στοιχεία ήταν Dzheyms Uatt, η οποία χρησιμοποιείται για λέβητα υψηλής θερμοκρασίας Papin, και για τα χαμηλά - βαρόμετρο.

Στο τέλος της Γαλλικής φυσικός XVIII αιώνα Prony προσπάθησε να αντλήσει μια ενιαία φόρμουλα που θα περιγράφουν την ελαστικότητα του φυσικού αερίου, αλλά στη συνέχεια αποδείχθηκε περίεργο δυσκίνητο και δύσκολο στη χρήση. Dalton αποφάσισε να ελέγξει εμπειρικά όλους τους υπολογισμούς, χρησιμοποιώντας ένα βαρόμετρο σιφόνι. Παρά το γεγονός ότι η θερμοκρασία σε όλα τα πειράματα ήταν το ίδιο, τα αποτελέσματα ήταν πολύ ακριβή. Έτσι, για τη δημοσίευσή τους με τη μορφή ενός πίνακα σε ένα βιβλίο φυσικής.

Η θεωρία της εξάτμισης

Η θερμική διαστολή των αερίων (όπως η φυσική θεωρία) έχει υποστεί διάφορες αλλαγές. Οι επιστήμονες έχουν προσπαθήσει να πάρει τις βασικές διαδικασίες που παράγουν ατμό. Εδώ και πάλι, έχουμε σημείωσε ένα διάσημο φυσικό Dalton. Εικάζεται ότι οποιοσδήποτε χώρος αέριο είναι κορεσμένο με ατμούς ανεξάρτητα από το αν υπάρχει στη δεξαμενή (εσωτερική) οποιοδήποτε άλλο αέριο ή ατμό. Ως εκ τούτου, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το υγρό δεν θα εξατμιστεί μόλις έρχεται σε επαφή με τον ατμοσφαιρικό αέρα.

στήλη της πίεσης του αέρα στην επιφάνεια του υγρού αυξάνει το χώρο μεταξύ των ατόμων, δακρύρροια τους εκτός και εξάτμιση, δηλαδή προάγει τον σχηματισμό ατμού. Αλλά το μόριο ζευγάρι συνεχίζει να λειτουργεί τη δύναμη της βαρύτητας, έτσι οι επιστήμονες πίστευαν ότι η ατμοσφαιρική πίεση δεν επηρεάζει την εξάτμιση των υγρών.

επέκταση των υγρών

Θερμική υγρά διαστολή ερευνηθεί παράλληλα με την εκτόνωση των αερίων. Η επιστημονική έρευνα που ασχολούνται με τους ίδιους τους επιστήμονες. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε ένα aerometry θερμόμετρο, συγκοινωνούντα δοχεία και άλλα εργαλεία.

Όλα τα πειράματα μαζί και ξεχωριστά αντέκρουσε τη θεωρία του Dalton ότι η ενιαία ρευστό διαστέλλεται σε αναλογία με το τετράγωνο της θερμοκρασίας στην οποία θερμαίνονται. Φυσικά, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι ο όγκος του υγρού, αλλά η άμεση σχέση δεν ήταν μεταξύ τους. Και ο ρυθμός επέκτασης για όλα τα υγρά ήταν διαφορετική.

Θερμική διαστολή του νερού, για παράδειγμα, αρχίζει σε μηδέν βαθμούς Κελσίου και εκτείνεται με μειούμενη θερμοκρασία. Προηγουμένως, αυτά τα πειραματικά αποτελέσματα που σχετίζονται με το γεγονός ότι η ίδια το νερό δεν επεκτείνει, και ο περιέκτης είναι κωνικό, στο οποίο βρίσκεται. Αλλά λίγο αργότερα, φυσικός Deluca ακόμα καταλήξει στο συμπέρασμα ότι θα πρέπει να αναζητηθεί η αιτία στο υγρό. Αποφάσισε να βρείτε τη θερμοκρασία μέγιστης πυκνότητας του. Ωστόσο, ο ίδιος δεν τα κατάφερε λόγω παραμελούν κάποιες λεπτομέρειες. Rumfort, ο οποίος έχει μελετήσει αυτό το φαινόμενο, βρέθηκε ότι η μέγιστη πυκνότητα του νερού παρατηρείται στην περιοχή από 4 έως 5 βαθμούς Κελσίου.

Η θερμική διαστολή των σωμάτων

Σε στερεά, ο κύριος μηχανισμός είναι να αλλάξει το πλάτος της επέκτασης του κρυσταλλικού πλέγματος. Με απλά λόγια, τα άτομα που απαρτίζουν το υλικό και είναι σταθερά συνδεδεμένα μεταξύ τους, αρχίζουν να «ταρακουνήσει».

Νόμος των οργανισμών θερμικής διαστολής διατυπωθεί ως εξής: κάθε οργανισμός με μία γραμμική διάσταση L κατά τη διαδικασία θέρμανσης επί dT (delta T - η διαφορά μεταξύ της αρχικής θερμοκρασίας και τελικό) διαστέλλεται από ένα ποσό dL (L δέλτα - είναι ένα παράγωγο του συντελεστή γραμμικής θερμικής διαστολής μήκους του αντικειμένου και τη διαφορά θερμοκρασία). Αυτή είναι η πιο απλή έκδοση του νόμου, η οποία εξ ορισμού λαμβάνει υπόψη το γεγονός ότι το σώμα έχει επεκταθεί προς όλες τις κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Αλλά για πρακτική εργασία με τη χρήση πολύ πιο περίπλοκη υπολογισμούς, αφού στην πραγματικότητα, τα υλικά δεν συμπεριφέρονται ως προσομοίωση της φυσικής και των μαθηματικών.

Η θερμική διαστολή της ράγας

Για τον σιδηροδρομικής γραμμής έχει προσελκύσει πάντα φυσικούς μηχανικούς, δεδομένου ότι μπορεί να υπολογίσει ακριβώς πόσα απόσταση θα πρέπει να είναι μεταξύ των αρθρώσεων των σιδηροτροχιών για τη θέρμανση ή τη διαδρομή ψύξης δεν είναι παραμορφωμένο.

Όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω, η θερμική γραμμικής διαστολής που εφαρμόζονται για όλα τα στερεά. Και ράγες δεν αποτέλεσε εξαίρεση. Αλλά υπάρχει μια λεπτομέρεια. Ράμπα συμβαίνει ελεύθερα εάν το σώμα δεν επηρεάζεται από την δύναμη τριβής. Οι ράγες στερεώνονται στις στρωτήρες και σιδηροτροχιές συγκολλούνται παρακείμενα, οπότε το νόμο, το οποίο περιγράφει την μεταβολή στο μήκος, επιτρέπει την υπερνίκηση των εμποδίων με τη μορφή λειτουργίας, και την αντίσταση πισινό.

Εάν σιδηροτροχιάς δεν μπορεί να αλλάξει το μήκος του, με μια αλλαγή στη θερμοκρασία αυξάνει τη θερμική καταπόνηση, η οποία μπορεί είτε να τεντώσει ή να συμπιέζει. Το φαινόμενο αυτό περιγράφεται από το νόμο του Hooke.