Tepelná rozťažnosť pevných látok a kvapalín

Je známe, že za pôsobenia tepla častíc urýchliť jeho náhodného pohybu. Ak ste ohrievanie plynu, molekuly, ktoré tvoria to, len odletieť od seba navzájom. Ohriata kvapalina sa najprv zvýšenie objemu, a potom sa začne odparovať. A čo sa stane s pevnými látkami? Nie každý z nich môže zmeniť svoje skupenstvo.

Tepelná rozťažnosť: Definície

Tepelná rozťažnosť - zmena veľkosti a tvaru zmeny telesnej teploty. Matematicky možno vypočítať koeficient rozťažnosti objemu, čo umožňuje predvídať správanie plynov a kvapalín v meniace sa vonkajšie podmienky. Ak chcete získať rovnaké výsledky pre pevné látky, je nutné vziať do úvahy koeficient dĺžkovej rozťažnosti. Fyzici identifikoval celú jednu časť pre tento druh výskumu a nazval ho dilatometrie.

Inžinieri a architekti potrebujú znalosti správania rôznych materiálov za vysokých a nízkych teplôt pre navrhovanie budov, dláždenie ciest a potrubí.

expanzia plynov

Tepelná expanzia je sprevádzaný expanzia plynov v objeme priestore. Konštatoval prírodovedcov-filozofi v staroveku, ale stavať matematické výpočty dôjsť iba v modernej fyzike.

Prvý zo všetkých vedcov, ktorí majú záujem v expanzii vzduchu, pretože sa zdalo, že sa im uskutočniteľný úloha. Sú tak horlivo chopil prípadu, ktorý obdržal úplne protichodné výsledky. Samozrejme, že takýto výsledok nespĺňa vedeckú komunitu. Presnosť merania závisí na tom, čo bolo použité teplomerom, tlak, a mnoho ďalších podmienok. Niektorí fyzici dokonca prísť k presvedčeniu, že expanzia plynu nezávisí od teplotných zmenách. Alebo táto závislosť nie je dokončená ...

Práca Dalton a Gay-Lussac

Fyzici naďalej argumentovať ochraptění alebo opustili merania, ak nie Dzhon Dalton. On a ďalší fyzik Gay-Lussac, v rovnakom čase nezávisle na sebe boli schopní získať rovnaké výsledky meraní.

Lussac sa snaží nájsť príčinu takého veľkého počtu rôznych výsledkov a poznamenal, že niektoré nástroje v tom čase na základe skúseností bola voda. Samozrejme, že v priebehu zahrievania sa premení v paru a zmeniť množstvo a zloženie skúšobného plynu. Preto prvá vec, ktorá vedcov - sa dôkladne vysušte všetky nástroje, ktoré boli použité k pokusu, a vylúčil aj minimálne percento vlhkosti skúšobného plynu. počas prvých niekoľkých zážitky boli po všetkých týchto manipuláciou výraznejšie.

Dalton sa touto otázkou zaoberal dlhší ako jeho kolegovia a publikoval výsledky v samom počiatku XIX storočia. To sa sušia na vzduchu par kyseliny sírovej a potom ju vykurovanie. Po sérii experimentov, John dospel k záveru, že všetky plyny a pary expanduje o faktor 0,376. Lussac Máme číslo 0,375. To bol výsledok oficiálneho vyšetrovania.

Tlak vodnej pary

Tepelná expanzia plynov závisí na ich pružnosti, tj. Schopnosť vrátiť sa do pôvodného objemu. Prvý preskúmať problém bol Ziegler v polovici osemnásteho storočia. Ale výsledky svojich experimentov sú príliš rozdielne. Viac spoľahlivé údaje bolo Dzheyms Uatt, ktorý sa používa pre vysoké teploty kotla Papin, a pre low - barometer.

Na konci francúzskeho fyzika XVIII storočia Prony pokúsil odvodiť jeden vzorec, ktorý by sa dala popísať elasticitu plynu, ale ukázalo sa, nepárny ťažkopádny a ťažko použiť. Dalton rozhodol empiricky overiť všetky výpočty pomocou sifónu barometer. Napriek skutočnosti, že sa teplota vo všetkých experimentoch bol rovnaký, výsledky boli veľmi presné. Tak on vydával je vo forme tabuľky v učebnice fyziky.

teória odparovanie

Tepelná rozťažnosť plynov (ako sú napríklad fyzikálne teórie) bol podrobený rôznym zmenám. Vedci sa pokúsili dostať do hlavných procesov, ktoré produkujú paru. Tu opäť sme zaznamenal slávny fyzik Dalton. To je sa domnieval, že akýkoľvek plyn priestor je nasýtený parami bez ohľadu na to, či prítomné v zásobníku (vnútorný) akýkoľvek iný plyn alebo pary. Preto môžeme konštatovať, že tekutina nebude odparovať práve prichádza do styku s atmosférickým vzduchom.

stĺpec tlaku vzduchu na povrchu kvapaliny zväčšuje priestor medzi atómami, ich odtrhnutie a odparovacej, to znamená, že podporuje tvorbu pary. Ale molekula pár pokračuje v činnosti gravitačnú silu, takže vedci domnievali, že atmosférický tlak nemá vplyv na odparovanie kvapalín.

expanzia kvapaliny

Tepelnej rozťažnosti kvapaliny skúmané súbežne s expanziou plynov. Vedecký výskum zaoberajúci sa rovnakými vedci. K tomu, že používajú teplomer aerometry, spojené nádoby a ďalšie nástroje.

Všetky experimenty spoločne a osobne vyvrátil teóriu Dalton, že jednotné kvapalina expanduje v pomere k druhej mocnine teploty, pri ktorej sa zahrievajú. Samozrejme, čím vyššia je teplota, tým väčšia je objem tekutiny, ale priamy vzťah nebol medzi nimi. A tempo expanzie pre všetky tekutiny bola iná.

Tepelná rozťažnosť vody, napríklad, začína na nula stupňov Celzia a rozširuje s klesajúcou teplotou. Predtým sa tieto experimentálne výsledky spojené s tým, že voda sama o sebe nemá expandovať, a kontajner sa zužujúci, v ktorom sa nachádza. Ale o niečo neskôr, fyzik Deluca napriek tomu dospel k záveru, že dôvodom, prečo je potrebné hľadať v kvapaline. Ten sa rozhodol zistiť teplotu jeho maximálnej hustoty. Avšak, on neuspel kvôli zanedbávaniu niektoré detaily. Rumfort, ktorý študoval tento fenomén, zistené, že maximálna hustota vody je pozorovaná v rozmedzí 4 až 5 ° C.

Tepelná rozťažnosť telies

V pevných látkach, hlavným mechanizmom je zmena amplitúdy rozšírenie kryštálovej mriežky. Jednoducho povedané, atómy, ktoré tvoria materiál a sú pevne spojené medzi nimi, začnú "triasť".

Zákon teplotnej rozťažnosti telies formulované nasledovne: všetky teleso s lineárnym rozmerom L v zahrievaní na dT (delta T - rozdiel medzi počiatočnou teploty a konečné) rozšíreného o sumu dl (delta L - je derivátom koeficientu lineárnej tepelnej rozťažnosti v dĺžke objektu a rozdielu teplota). Jedná sa o najjednoduchší verziu zákona, ktorý v predvolenom nastavení berie do úvahy, že telo je rozšírené vo všetkých smeroch naraz. Ale pre praktickú prácu s použitím oveľa ťažkopádnejšia výpočtov, pretože v skutočnosti, že materiály nesprávajú ako simulovaný fyziku a matematiku.

Tepelná rozťažnosť koľajnice

Pre pokladanie železničnú trať vždy priťahovala fyzikov inžiniermi, pretože môžu presne spočítať, koľko by mala byť vzdialenosť medzi spojmi koľajníc na vykurovanie alebo chladenie cesta nie je deformovaná.

Ako už bolo uvedené vyššie, lineárna expanzia tepelnú použiteľné pre všetky pevné látky. A koľajnice nebola výnimkou. Ale je tu jeden detail. Rampa voľne dochádza, keď je telo nie je ovplyvnená trecie sily. Koľajnice sú upevnené na podvaly a koľajnice sú privarené na priľahlé, takže zákona, ktorá popisuje zmeny dĺžky, umožňuje prekonávanie prekážok v podobe prevádzky a odolnosť proti tupo.

Ak sa koľajnice nemôže meniť svoju dĺžku, so zmenou teploty sa zvyšuje tepelný stres, ktorý môže byť buď natiahnuť, alebo stláča ju. Tento jav je popísaný Hooke zákona.