Wärmeleitdilatation

Wir erklären, was thermische Dilatation ist, welche Typen existieren, und wir geben mehrere Beispiele an

Wasserthermische Dilatation

Was ist thermische Dilatation?

Der Wärmeleitdilatation o Die thermische Expansion ist die Zunahme der Dimensionen der Körper, wenn sie sich erhitzen. Es geschieht mit fast allen Materialien, außer bei einigen, die sich beim Einfrieren ausdehnen, wie zum Beispiel Wasser und Essigsäure.

Die Erklärung des Phänomens liegt in der thermischen Agitation der Partikel. Nach der kinetischen Theorie sind die Moleküle, die die Substanzen ausmachen, nicht in Ruhe, sondern in dauerhafter Bewegung.

Bei Feststoffen schwanken die Partikel um einen Fixpunkt, aber durch Erhöhen der Temperatur wächst die Amplitude der Schwingung, und infolgedessen dehnt sich das Objekt aus.

Diese Eigenschaft der Materialien der Erweiterung mit der Temperatur wird in vielen Anwendungen verwendet, beispielsweise in bimetallischen Flüssigkeiten und in Streifen werden diese auf bestimmte Weise gefaltet, indem die Temperatur erhöht wird und auf diese Weise Schaltungen geöffnet oder geschlossen werden können.

Manchmal verursacht die thermische Dilatation jedoch Unannehmlichkeiten, wie bei Harzen zur Behandlung von Zahnverfall. Diese Harze expandieren schneller als die Zähne, was zu Unbehagen führt, wenn heiße Getränke aufgenommen werden.

Wenn die thermische Expansion bei der Erstellung des Designs nicht berücksichtigt wird, kann das Stück oder das Objekt die Funktionalität verlieren, wenn aus irgendeinem Grund die Temperatur zunimmt.

Arten der Wärmeleitdilatation

Diese Eisenbahnschienen werden gebaut, um eine Lücke oder eine Lücke zu verlassen, so dass die Wärmeleitdilatation keine inneren Spannungen verursacht

Die meisten Materialien dehnen sich beim Erhitzen aus, aber einige tun genau das Gegenteil, so dass es im Prinzip zwei Arten von thermischen Expansion gibt:

• Das häufigste, was auftritt, wenn die Material nimmt zu einfach seine Abmessungen mit der Temperatur und heißt Erweiterung entweder Wärmeausdehnung.
• Negative thermische Expansion, Wenn die Substanz Zuckungen, wenn.

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Nach den vorherrschenden Dimensionen im Objekt kann die thermische Ausdehnung sein linear, oberflächlich oder volumetrisch. Wenn Sie beispielsweise einen dünnen Draht oder Stab haben, wird das Objekt verlängert und die Dilatation linear, da die Länge hauptsächlich modifiziert ist.

Andererseits, wenn ein dünnes Blech erhitzt wird, ist das Erhöhung des oberflächlichen Bereichs, während ein dreidimensionales Objekt sein Volumen erhöht. Für jeden dieser Fälle gibt es eine einfache Gleichung, die in einem guten Temperaturbereich erfüllt wird.

1. Lineare Dilatation

Die Änderung der Länge eines dünnen Stangens, eines Stabs oder eines Dünnkabels wird als ΔL bezeichnet und ist direkt proportional zur Temperaturänderung ΔT und der ursprünglichen Länge L_entweder:

ΔL = αoge_entwederΔt

Wo:

• ΔL = endgültige Länge - Anfangslänge = l_F - L_entweder
• ΔT = Endtemperatur - Anfangstemperatur = t_F - T_entweder
• α ist die Verhältnismäßigkeitskonstante, genannt linearer Expansionskoeffizient , positiv, wenn die Länge mit Temperatur zunimmt.

Die α -Werte für verschiedene Substanzen in temperaturgesiedelten Einheiten liegen fast immer bei 20 ° C, obwohl der Wert in einem guten Temperaturbereich konstant bleibt.

Die vorherige Gleichung kann umgeschrieben werden, um die endgültige Länge direkt zu berechnen:

L_F = L_entweder + αl_entwederΔt = l_entweder(1 + αδt)

2. Oberflächliche Dilatation

Analog zu der vorherigen Gleichung für eine Schicht mit anfänglicher Oberfläche s_entweder , Es kann gezeigt werden, dass die neue Oberfläche s_F Es wird gegeben durch:

S_F = S_entweder + 2αs_entweder Δt

3. Volumetrische Dilatation

Schließlich für ein anfängliches Volumenobjekt v_entweder , Das neue Volumen v_F Ist:

V_F = V_entweder + 3α v_entweder Δt

Beispiele für die thermische Dilatation

Heiße Luft in einem Ballon

Die Luft im Globus dehnt sich beim Erhitzen aus. Es ist bequem, es nicht zu nahe an die Flamme zu bringen

Beim Erhitzen der Luft in einem Ballon blüht sie auf, weil sich das Gas im Inneren aufgrund der Temperaturerhöhung ausdehnt. Es kann leicht überprüft werden, indem eine Glasflasche mit einem entleerten Ballon bedeckt ist, der in heißes Wasser eingetaucht ist. Es ist bald zu sehen, dass der Ballon zu aufblasen beginnt.

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Expansionsverbindungen auf Gehwegen und Straßen

Zähne -verdrängte Expansionsplatine auf einer Betonbrücke

Beim Bau von Bürgersteige und Verkehrsrouten bleibt für die Expansionsverbindungen ein Rand hinterlassen, der aus einer Trennung zwischen den Platten besteht, damit die Temperatur nicht knacken.

Auf Autobahnen und Betonbrücken werden Räume mit flexibles Material oder mit Ausdehnungsfugen in Form von Zähnen gelassen, die miteinander steigen und Räume hinterlassen. Auf diese Weise gibt es einen Vorsprung für den Beton, um sich mit den Temperaturänderungen auszudehnen und zusammenzuziehen.

Frakturen in Glas

Glasrisse vor plötzlichen Temperaturänderungen. Wenn ein kaltes Glas mit sehr heißem Wasser gefüllt ist, erwärmt sich das Material und verursacht an einigen Stellen eine Expansion, was zu inneren Spannungen führt, die zu Frakturen führen.

Im Gegensatz zu dem Denken rissen das dicke Glas leichter als das dünne Glas. Es liegt an der Tatsache, dass je dünner das Material ist, je schneller die Wärme verteilt ist, so.

Einfrieren von Wasser

Wasser ist ein Beispiel für eine negative thermische Ausdehnung, dh es dehnt sich beim Abkühlen aus, ein Phänomen, das zwischen 0 und 4 ºC auftritt. Wie bekannt.

Diese Wasserqualität ermöglicht es jedoch für den Hintergrund von Flüssen und See.

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Elektrisches Lügen

Die elektrischen Verlegenungskabel werden nicht in einer geraden Linie zwischen zwei Pfosten platziert, sondern etwas Rand, um ein wenig hängen zu lassen, um eine Kurve zu bilden. Es liegt daran.

Auf der anderen Seite ist es üblich, dass sich die elektrischen Kabel entspannen und viel hängen.

Flugzeugnieten

In den Flugzeugen werden sie als Aluminium verwendet, um sich den Teilen anzuschließen, und werden immer größer als das entsprechende Loch. Bevor Sie sie an ihre Stelle setzen, müssen Sie sie zusammenziehen und sie mit Trockeneis abkühlen.

Es gibt viele Gründe, warum die Nieten einmal vor Schweißen für Flugzeuge bevorzugt werden. Zum Beispiel ist die Art des Aluminiums, das bei der Herstellung von Flugzeugen verwendet wird. Andererseits ist es einfacher, die Nieten zu inspizieren und zu reparieren als die Schweißnähte.

Übung gelöst

Eine dünne Stange aus Bronze misst 0.5 m lang bis 20.0 ºC. Berechnen Sie die Länge der Stange, wenn Sie auf 50 erhitzt werden.0 ºC, weiß, dass der lineare Dilatationskoeffizient der Bronze bei 20 ºC: 19 × 10 beträgt^-6 ºC^-1 .

Lösung

Da der Balken dünn ist, gilt die Gleichung für die lineare Expansion:

L_F = L_entweder (1 + αδt)

Es reicht aus, die Werte zu ersetzen, die in der Anweisung angezeigt werden:

ΔT = (50,0 - 20,0) ºC = 30,0 ºC

L_F = 0.5 (1 + 19 × 10^-6 × 30) m = 0.500285 m