L'expansió tèrmica de sòlids i líquids

Se sap que sota l'acció de partícules de calor acceleren el seu moviment aleatori. Si s'escalfa el gas, les molècules que el constitueixen, simplement volen lluny l'un de l'altre. El líquid escalfat és primer augment en el volum, i després comencen a evaporar-se. I el que passarà amb els sòlids? No cada un d'ells pot canviar el seu estat d'agregació.

L'expansió tèrmica: Definició

L'expansió tèrmica - un canvi en la mida i forma dels canvis de temperatura del cos. Matemàticament, es pot calcular el coeficient de dilatació de volum, el que permet predir el comportament dels gasos i líquids en el canvi de les condicions externes. Per obtenir els mateixos resultats per als sòlids, cal tenir en compte el coeficient d'expansió lineal. Els físics han identificat una secció sencera per a aquest tipus d'investigació i el va anomenar dilatometria.

Els enginyers i els arquitectes necessiten coneixements sobre el comportament dels diferents materials sota temperatures altes i baixes per al disseny d'edificis, pavimentació de camins i canonades.

expansió dels gasos

L'expansió tèrmica està acompanyat per l'expansió dels gasos en el volum de l'espai. Va observar naturalistes filòsofs de l'antiguitat, sinó per construir càlculs matemàtics ocorren només en la física moderna.

En primer lloc de tots els científics interessats en l'expansió de l'aire, ja que els semblava una tasca factible. Estan tan gelosament va fer càrrec del cas, que va rebre resultats força contradictoris. Naturalment, aquest resultat no satisfà a la comunitat científica. Precisió del mesurament depèn de termòmetre del que es va utilitzar, la pressió, i moltes altres condicions. Alguns físics fins i tot han arribat a creure que l'expansió dels gasos no depèn dels canvis de temperatura. O aquesta dependència no és completa ...

El treball de Dalton i Gai-Lussac

Els físics han continuat a discutir les seves goles o han abandonat el mesurament, si no Dzhon Dalton. Ell i un altre físic Gay-Lussac, al mateix temps, independentment uns d'altres van ser capaços d'obtenir els mateixos resultats del mesurament.

Lussac estava tractant de trobar la causa d'un gran nombre de resultats diferents tals i va assenyalar que alguns instruments en el moment de l'experiència va ser l'aigua. Naturalment, durant l'escalfament es transforma en vapor i la quantitat i la composició del gas d'assaig canviada. Per tant, la primera cosa que va fer que el científic - s'assequi completament totes les eines, que es van utilitzar per a l'experiment, i va descartar fins i tot un percentatge mínim d'humitat del gas de prova. les primeres experiències van ser més significatius després de totes aquestes manipulacions.

Dalton es va ocupar d'aquest tema ja que els seus col·legues i va publicar els resultats en el principi del segle XIX. Es van assecar a l'aire els vapors d'àcid sulfúric i després escalfant. Després d'una sèrie d'experiments, John va arribar a la conclusió que tots els gasos i vapor s'expandeix en un factor de 0.376. Ens Lussac va obtenir el nombre 0.375. Aquest va ser el resultat de la investigació oficial.

pressió de vapor d'aigua

L'expansió tèrmica dels gasos depèn de la seva elasticitat, és a dir, la capacitat de tornar a volum original. El primer a explorar el tema va ser Ziegler en la meitat del segle XVIII. Però els resultats dels seus experiments són massa diferents. xifres més fiables va ser Dzheyms Uatt, que s'utilitza per a la caldera d'alta temperatura Papin i de baixa - baròmetre.

Al final del segle XVIII físic francès Prony va tractar de derivar una fórmula única que descrigui l'elasticitat de gas, però va resultar molest estranya i difícil d'utilitzar. Dalton va decidir verificar empíricament tots els càlculs, utilitzant un baròmetre de sifó. Tot i que la temperatura en tots els experiments va ser la mateixa, els resultats van ser molt precisa. Pel que els va publicar en forma d'una taula en un llibre de física.

La teoria de l'evaporació

L'expansió tèrmica dels gasos (com ara la teoria física) ha estat objecte de diversos canvis. Els científics han tractat d'arribar als processos centrals que produeixen vapor. Un cop més, hem marcat un famós físic Dalton. Es conjectura que qualsevol espai de gas està saturat amb vapors independentment de si present en el dipòsit (d'interior) qualsevol altre gas o vapor. Per tant, podem concloure que el líquid no s'evapora tan sols entra en contacte amb l'aire atmosfèric.

la columna de pressió de l'aire a la superfície del líquid augmenta l'espai entre els àtoms, apartant-, i evaporar, és a dir, que promou la formació de vapor. Però el parell molècula continua operant la força de gravetat, de manera que els científics pensaven que la pressió atmosfèrica no afecta l'evaporació de líquids.

expansió de líquids

líquids d'expansió tèrmica van investigar en paral·lel amb l'expansió dels gasos. La investigació científica dedicada als mateixos científics. Per a això, utilitzen un aerometría termòmetre, vasos comunicants i altres eines.

Tots els experiments van refutar junts i individualment la teoria de Dalton que el fluid uniforme s'expandeix en proporció al quadrat de la temperatura a què s'escalfen. Per descomptat, com més gran sigui la temperatura, més gran és el volum de fluid, però la directa relació no era entre ells. I la taxa d'expansió per a tots els fluids era diferent.

L'expansió tèrmica de l'aigua, per exemple, comença a zero graus centígrads i s'estén amb la disminució de la temperatura. Anteriorment, aquests resultats experimentals associats amb el fet que l'aigua en si no s'expandeix, i el recipient s'estreny, en la qual es troba. No obstant això, algun temps després, el físic Deluca encara vénen a la conclusió que la raó s'ha de buscar en el líquid. Es va decidir buscar la temperatura de la seva densitat màxima. No obstant això, no va tenir èxit a causa de descuidar alguns detalls. Rumfort, que ha estudiat aquest fenomen, es va trobar que la densitat màxima d'aigua s'observa en el rang de 4 a 5 graus centígrads.

L'expansió tèrmica dels cossos

En els sòlids, el mecanisme principal és canviar l'amplitud d'expansió de la xarxa cristal·lina. En paraules senzilles, els àtoms que componen el material i estan rígidament acoblats entre ells, comencen a "sacsejar".

Llei dels cossos d'expansió tèrmica formulades com segueix: qualsevol cos amb una dimensió lineal L en el procés d'escalfament en dT (delta T - la diferència entre la temperatura inicial i final) expandit en una quantitat dl (delta L - és un derivat del coeficient de dilatació tèrmica lineal en la longitud de l'objecte i la diferència temperatura). Aquesta és la versió més simple de la llei, que per defecte té en compte que el cos s'expandeix en totes direccions alhora. Però per al treball pràctic utilitzant càlculs molt més enutjosos, ja que en realitat, els materials no es comporten com la física i les matemàtiques simulada.

L'expansió tèrmica del carril

Per a la col·locació de la via del tren sempre ha atret enginyers físics, ja que pot calcular exactament la quantitat de distància ha d'estar entre les articulacions dels carrils per a l'escalfament o la ruta de refrigeració no es deforma.

Com ja s'ha esmentat anteriorment, l'expansió lineal tèrmica aplicable per a tots els sòlids. I els carrils no va ser una excepció. Però hi ha un detall. Rampa es produeix lliurement si el cos no es veu afectada per la força de fricció. Els rails estan fixats a les travesses i carrils estan soldades a adjacent, per la qual cosa la llei, que descriu el canvi en la longitud, permet superar els obstacles en la forma d'execució, i al màxim per resistència.

Si carril no pot canviar la seva longitud, amb un canvi de temperatura que augmenta la tensió tèrmica, que pot estirar o comprimir. Aquest fenomen és descrit per la llei de Hooke.