Was ist volumetrische Dilatation? (Mit Beispielen)

Der volumetrische Dilatation Es ist ein physikalisches Phänomen, das eine Variation der drei Dimensionen eines Körpers impliziert. Das Volumen oder die Abmessungen der meisten Substanzen nehmen zu, wenn sie Wärme ausgesetzt sind; Dies ist ein Phänomen, das als thermische Dilatation bekannt ist. Es gibt jedoch auch Substanzen, die sich beim Erhitzen zusammenziehen.

Obwohl die Volumenänderungen für Feststoffe relativ gering sind, sind sie von großer technischer Bedeutung, hauptsächlich in Situationen, in denen es gewünscht ist, Materialien zu verbinden, die sich unterschiedlich ausdehnen.

Die Form einiger Feststoffe leidet bei Erhitzen unter Verzerrungen und kann sich in einige Richtungen ausdehnen und sich in anderen zusammenziehen lassen. Wenn jedoch nur eine bestimmte Anzahl von Dimensionen einhergeht, gibt es eine Klassifizierung für solche Erweiterungen:

• Lineare Dilatation tritt auf, wenn die Variation in einer bestimmten Dimension überwiegt, wie die Länge, breit oder hoch des Körpers.
• Die oberflächliche Dilatation ist, dass die Variation in zwei der drei Dimensionen vorherrscht.
• Schließlich impliziert die volumetrische Dilatation eine Variation der drei Dimensionen eines Körpers.

[TOC]

Grundlegende Konzepte im Zusammenhang mit der thermischen Dilatation

Wärmeenergie

Die Angelegenheit wird durch Atome gebildet, die sich in einer kontinuierlichen Bewegung befinden, entweder bewegend oder vibrieren. Kinetische Energie (oder Bewegung), mit der sich Atome bewegt.

Hitze

Wärme ist die thermische Energie, die zwischen zwei oder mehr Substanzen oder von einem Teil des Substanzs in ein anderes auf makroskopischer Skala übertragen wird. Dies bedeutet, dass ein heißer Körper einen Teil seiner thermischen Energie geben und einen Körper in der Nähe beeinflussen kann.

Die Menge der übertragenen thermischen Energie hängt von der Art des engen Körpers und der Umgebung ab, die sie trennt.

Temperatur

Das Temperaturkonzept ist wichtig, um Wärmeeffekte zu untersuchen. Die Temperatur eines Körpers ist das Maß für seine Fähigkeit, Wärme auf andere Körper zu übertragen.

Kann Ihnen dienen: Reaktionenthalpie: Definition, Thermochemie, Übungen

Zwei Körper im gegenseitigen Kontakt oder durch angemessene Mittel (Wärmeleiter) sind bei der gleichen Temperatur, wenn kein Wärmefluss zwischen den beiden vorhanden ist. In ähnlicher Weise hat ein Körper X eine Temperatur, die größer ist als die eines Körpers und wenn die Wärme von x a und fließt und.

Was sind die grundlegenden Eigenschaften der thermischen Dilatation?

Es hängt eindeutig mit einer Temperaturänderung bei einer höheren Temperaturerweiterung zusammen. Es hängt auch von der inneren Struktur des Materials in einem Thermometer ab.

Was ist die grundlegende Ursache der thermischen Dilatation?

Eine Temperaturzunahme impliziert eine Zunahme der kinetischen Energie einzelner Atome in einer Substanz. In einem Feststoff sind im Gegensatz zu einem Gas Atome oder Moleküle eng zusammen, aber ihre kinetische Energie (in Form kleiner und schneller Schwingungen) trennt sich voneinander zu Atomen oder Molekülen.

Diese Trennung zwischen benachbarten Atomen nimmt zu und führt zu einer Erhöhung der festen Größe.

Für die meisten Substanzen unter normalen Bedingungen gibt es keine bevorzugte Richtung, in der thermische Dilatation auftritt, und die Temperaturanstieg erhöht die Größe des Feststoffs um eine bestimmte Fraktion in jeder Dimension.

Lineare Dilatation

Das einfachste Beispiel für die Expansion ist die Expansion in einer Dimension (linear). Experimentell wurde festgestellt, dass die Änderung der Länge ΔL eines Substanz proportional zur Temperaturänderung ΔT und der Anfangslänge LO ist (Abbildung 1). Wir können dies wie folgt darstellen:

Dl = alodt

wobei α ein Proportionalitätskoeffizient ist, der als linearer Dilatationskoeffizient bezeichnet wird und für jedes Material charakteristisch ist. Einige Werte dieses Koeffizienten sind in Tabelle A gezeigt.

Der lineare Dilatationskoeffizient ist bei Material.

Kann Ihnen dienen: junges Modul: Berechnung, Anwendungen, Beispiele, Übungen

Oberflächliche Dilatation

Wenn eine Ebene innerhalb eines festen Körpers aufgenommen wird, so dass diese Ebene diejenige ist, die die thermische Ausdehnung (Abbildung 2) leidet, ist die Änderung des ΔA -Bereichs angegeben durch:

DA = 2AA0

Wob.

Volumetrische Dilatation

Wie in den vorherigen Fällen kann die Änderung des Volumens ΔV mit dem Verhältnis angenähert werden (Abbildung 3). Diese Gleichung ist normalerweise wie folgt geschrieben:

Dv = bvodt

wobei β der volumetrische Dilatationskoeffizient ist und ungefähr gleich 3∝ λ∝ τ∝ ßλ∝ 2 Die Werte der volumetrischen Expansionskoeffizienten für einige Materialien sind gezeigt.

Im Allgemeinen erweitern die Substanzen unter einer Temperaturzunahme, Wasser ist die wichtigste Ausnahme dieser Regel. Wasser dehnt sich aus, wenn seine Temperatur zunimmt, wenn es größer als 4ºC ist.

Es dehnt sich jedoch auch aus, indem es seine Temperatur im Intervall von 4ºC bis 0 ° C verringert. Dieser Effekt kann beobachtet werden, wenn Wasser in einen Kühlschrank gestellt wird, das Wasser beim Einfrieren ausdehnt und es schwierig ist, das Eis durch diese Expansion aus seinem Behälter zu extrahieren.

Beispiele

Unterschiede in der volumetrischen Dilatation können zu interessanten Effekten in einer Tankstelle führen. Ein Beispiel ist der Tropfen Benzin in einem Tank, der gerade für einen heißen Tag gefüllt wurde.

Benzin kühlt den Stahltank ab, wenn er verschüttet wird, und sowohl Benzin als auch Tank verdauen mit der umgebenden Lufttemperatur. Benzin ist jedoch viel schneller als Stahl ausgeweitet, und somit tritt ein Tropfen außerhalb des Tanks auf.

Es kann Ihnen dienen: empfindliche Wärme: Konzept, Formeln und Übungen gelöst

Der Dilatationsunterschied zwischen Benzin und dem Tank, der es enthält. Die Menge an Benzin (Masse), die in einem Tank verbleibt, wenn der Indikator auf einem Vakuumniveau erreicht ist, ist im Sommer viel niedriger als im Winter.

Benzin hat in beiden Stationen das gleiche Volumen, wenn das Warnlicht einschalten, aber weil sich Benzin im Sommer erweitert, hat es eine geringere Masse.

Beispiel. Wenn der Tank und die Benzintemperatur 15 ° C beträgt, wie viel Benzin wird er zum Zeitpunkt der Temperatur von 35 ° C verschüttet?

Der Tank und das Benzin erhöhen das Volumen aufgrund der Temperaturerhöhung, aber Benzin erhöht sich mehr als der Tank. Das verschüttete Benzin ist also der Unterschied in den Volumenänderungen. Die volumetrische Dilatationsgleichung kann dann verwendet werden, um Volumenänderungen zu berechnen:

Das Volumen, das durch die Temperaturzunahme verschüttet wird, ist dann:

Wenn Sie diese 3 Gleichungen in einem kombinieren, haben Sie:

In Tabelle 2 wurden die Werte des volumetrischen Dilatationskoeffizienten erhalten, wodurch die Werte ersetzt wurden:

Obwohl diese Menge an verschüttetem Benzin im Vergleich zu einem 60 -l -Tank relativ unbedeutend ist, ist der Effekt überraschend, da sich Benzin und Stahl sehr schnell ausdehnen.

Literaturverzeichnis

1. Yen Ho Cho, Taylor R. Themal Expansion von Festkörpern ASM International, 1998.
2. H. Ibach, Hans Lütth Solid-State Physics: Eine Einführung in die Prinzipien der Materialwissenschaft Springer Science & Business Media, 2003.
3. Halliday d., Resnick r., Krane k. Physik, Band 1. Wiley, 2001.
4. Martin c. Martin, Charles A. Hewett -Elemente der klassischen Physik Elsevier, 2013.
5. Zemansky Mark W. Hitze und Thermodynamik. Redaktionelle Aguilar, 1979.