Termisk expansion av fasta ämnen och vätskor

Det är känt att under inverkan av värme partiklar påskynda dess slumpmässig rörelse. Om du värmer gasen molekylerna utgör det, bara flyga iväg från varandra. Den uppvärmda vätskan är första ökning av volymen, och sedan börja avdunsta. Och vad kommer att hända med fasta? Inte var och en av dem kan ändra sitt aggregationstillstånd.

Termisk expansion: Definition

Termisk expansion - en förändring i storleken och formen av förändringar kroppstemperaturen. Matematiskt kan man beräkna volymen expansionskoefficient, vilket gör att förutsäga beteendet hos gaser och vätskor i att ändra de yttre förutsättningarna. För att få samma resultat för fasta ämnen, är det nödvändigt att ta hänsyn till längdutvidgningskoefficient. Fysiker har identifierat ett helt avsnitt för denna typ av forskning och kallade det dilatometri.

Ingenjörer och arkitekter behöver kunskap om beteendet hos olika material under höga och låga temperaturer för utformning av byggnader, banar vägar och ledningar.

expansion av gaser

Termisk expansion åtföljs av expansion av gaser i utrymmet volymen. Det noterade naturforskare-filosofer i gamla tider, men att bygga matematiska beräkningar endast ske i modern fysik.

Först av alla forskare som är intresserade av expansionen av luften, som det tycktes dem en möjlig uppgift. De är så nitiskt tog upp fallet, som fick ganska motsägelsefulla resultat. Naturligtvis har ett sådant resultat inte uppfyller det vetenskapliga samfundet. Mätnoggrannhet berodde på vad som användes termometer, tryck och många andra förhållanden. Vissa fysiker har även kommit att tro att expansionen av gaserna inte beror på temperaturförändringar. Eller detta beroende är inte komplett ...

Arbetet med Dalton och Gay-Lussac

Fysiker har fortsatt att hävda sig hesa eller har övergett mätningen, om inte Dzhon Dalton. Han och en annan fysiker Gay-Lussac, samtidigt oberoende av varandra kunde få samma mätresultaten.

Lussac försökte hitta orsaken till ett så stort antal olika resultat och noterade att vissa instrument vid tidpunkten för upplevelsen var vattnet. Naturligtvis är under uppvärmning övergår till ånga och ändras mängd och sammansättning av testgasen. Därför är det första som gjorde forskare - är torka alla verktyg, som användes för experimentet, och uteslutet med en minimal andel av fuktighet provgasen. de första erfarenheter var större efter alla dessa manipulationer.

Dalton behandlat denna fråga längre än sina kollegor och publicerat resultaten i början av artonhundratalet. Det lufttorkades ångor av svavelsyra och därefter upphettning därav. Efter en serie experiment, kom John till slutsatsen att alla gaser och ånga expanderas med en faktor 0,376. Lussac Vi fick nummer 0375. Detta var ett resultat av den officiella utredningen.

Vattenångtryck

Termisk expansion av gaserna beror på deras elasticitet, dvs förmåga att återgå till ursprungliga volymen. Den första att undersöka frågan var Ziegler i mitten av sjuttonhundratalet. Men resultaten av sina experiment är alltför olika. Mer tillförlitliga uppgifter var Dzheyms Uatt, som används för hög temperatur panna Papin, och för lågt - barometer.

I slutet av XVIII-talet franska fysikern Prony försökte härleda en enda formel som skulle beskriva elasticiteten av gas, men det visade sig udda besvärlig och svår att använda. Dalton beslutat att empiriskt verifiera alla beräkningar med hjälp av en sifon barometer. Trots att temperaturen i alla experiment var densamma, var resultaten mycket exakt. Så han publicerade dem i form av en tabell i en fysik lärobok.

Teorin om avdunstning

Termisk expansion av gaser (såsom fysikalisk teori) har genomgått olika förändringar. Forskare har försökt att komma till kärnprocesser som producerar ånga. Återigen har vi gjorde en berömd fysiker Dalton. Det förmodas att eventuell gasutrymmet är mättad med ångor oavsett om närvarande i reservoaren (inomhus) någon annan gas eller ånga. Därför kan vi dra slutsatsen att vätskan inte kommer att avdunsta bara kommer i kontakt med atmosfärisk luft.

kolonn av lufttrycket på vätskeytan ökar utrymmet mellan atomerna, riva dem isär och indunstning, dvs den främjar bildandet av ånga. Men molekylen paret fortsätter att fungera gravitationskraften, så forskarna trodde att det atmosfäriska trycket inte påverkar avdunstningen av vätskor.

expansion av vätskor

Termiska expansions vätskor undersöktes parallellt med expansionen av gaser. Vetenskaplig forskning bedriver samma forskare. För att göra detta, använder de en termometer aerometry, kommunicerande kärl och andra verktyg.

Alla experiment tillsammans och individuellt vederlagt teorin om Dalton att enhetlig vätska expanderar i proportion till kvadraten på den temperatur vid vilken de upphettas. Naturligtvis, var den högre temperaturen, desto större fluidvolym, men det direkta förhållandet inte mellan dem. Och graden av expansion för alla vätskor var annorlunda.

Termisk expansion av vatten, till exempel, börjar vid noll grader och sträcker sig med minskande temperatur. Tidigare, dessa experimentella resultat förknippade med det faktum att vattnet i sig inte expanderar, och behållaren är avsmalnande, i vilken den är belägen. Men en tid senare, fysiker Deluca fortfarande komma till slutsatsen att anledningen bör sökas i vätskan. Han bestämde sig för att hitta temperaturen på sin maximala densitet. Men han lyckas inte på grund av att försumma vissa detaljer. Rumfort, som har studerat detta fenomen, fann att den maximala densiteten för vatten observeras i området av 4 till 5 grader Celsius.

Termisk expansion av organ

I fasta ämnen, är den huvudsakliga mekanismen för att ändra amplituden för expansion av kristallgittret. I enkla ord, de atomer som bygger upp materialet och är fast kopplade mellan dem, börja "skaka".

Lag av termiska spretningskropparna formulerade enligt följande: varje organ med en linjär dimension L i värmningsprocessen på dT (delta T - skillnaden mellan den initiala temperaturen och slutlig) expanderas genom ett belopp dL (delta L - är ett derivat av den koefficient för linjär termisk expansion i föremålets längd och skillnaden temperatur). Detta är den enklaste versionen av lagen, vilken som standard tar hänsyn till att kroppen får expandera i alla riktningar på en gång. Men för praktiskt arbete med mycket mer besvärliga beräkningar, eftersom i verkligheten, inte de material som inte beter sig som simulerad fysik och matematik.

Termisk expansion av skenan

För att lägga järnvägsspåret har alltid lockat fysiker ingenjörer, eftersom de kan räkna ut exakt hur mycket avståndet ska vara mellan lederna i skenorna till värme eller kyla vägen inte deformeras.

Såsom redan nämnts ovan, den termiska längdutvidgning tillämplig för alla fasta ämnen. Och rails var inget undantag. Men det finns en detalj. Ramp fritt uppstår om kroppen inte påverkas av friktionskraften. Skenorna är fästa vid sliprarna och skenorna är svetsade till angränsande, så lagen, som beskriver ändringen i längd, tillåter att övervinna hinder i form av löpning, och stumbeständighet.

Om skenan inte kan ändra sin längd, med en förändring av temperaturen ökar den termiska spänningen, som antingen kan sträcka eller komprimera den. Detta fenomen beskrivs av Hooke s lag.