انبساط حرارتی جامدات و مایعات

شناخته شده است که تحت عمل ذرات حرارت تسریع جنبش تصادفی آن است. اگر شما گاز و حرارت، مولکول های تشکیل دهنده آن، فقط پرواز به دور از یکدیگر. مایع گرم افزایش برای اولین بار در حجم است، و سپس شروع به تبخیر شود. و چه خواهد شد با مواد جامد اتفاق می افتد؟ هر یک از آنها می تواند دولت خود را از تجمع را تغییر دهید.

انبساط حرارتی: تعریف

انبساط حرارتی - تغییر در اندازه و شکل تغییرات درجه حرارت بدن. ریاضی، می توان ضریب انبساط حجم محاسبه، اجازه می دهد برای پیش بینی رفتار گازها و مایعات در تغییر شرایط خارجی. برای به دست آوردن نتایج مشابهی را برای مواد جامد، را به حساب لازم است ضریب انبساط خطی. فیزیکدانان یک بخش کامل برای این نوع از پژوهش شناسایی کرده اند و آن را به نام dilatometry.

مهندسین و معماران نیاز به دانش در مورد رفتار مواد مختلف در دماهای بالا و پایین برای طراحی ساختمان ها، سنگ فرش جاده ها و لوله ها.

گسترش گازهای

انبساط حرارتی است با گسترش گازها در حجم فضایی همراه است. لازم به ذکر طبیعت-فلاسفه در دوران باستان، اما برای ساختن محاسبات ریاضی تنها در فیزیک مدرن است.

اول از همه دانشمندان علاقه مند به گسترش هوا، به عنوان آن را به آنها به نظر می رسید به یک کار امکان پذیر است. آنها تا مدافع سرسخت گرفت تا مورد، که نتایج کاملا متناقض دریافت کرده است. به طور طبیعی، چنین نتیجه می کند جامعه علمی راضی نیست. دقت اندازه گیری در دماسنج چه مورد استفاده قرار گرفت، فشار و بسیاری از شرایط دیگر بستگی دارد. برخی از فیزیکدانان حتی به این باور که انبساط گازها بر روی تغییرات دما بستگی ندارد. یا این وابستگی کامل نیست ...

کار دالتون و گیلوساک

فیزیکدانان ادامه داده اند تا خود را استدلال خشن و یا اندازه گیری، اگر نه رها کرده Dzhon دالتون. او و فیزیکدان دیگر گیلوساک، در همان زمان مستقل از یکدیگر قادر به گرفتن نتایج اندازه گیری یکسان بود.

گیلوساک در تلاش بود برای پیدا کردن علت چنین تعداد زیادی از نتایج متفاوت و اشاره کرد که برخی از ابزار در زمان تجربه آب بود. به طور طبیعی، در طی حرارت به بخار تبدیل شده و مقدار و نوع گاز آزمون تغییر کرده است. بنابراین، اولین چیزی که ساخته شده است که دانشمند - به طور کامل خشک تمام ابزار، که برای آزمایش مورد استفاده قرار، و رد حتی یک درصد حداقل رطوبت گاز آزمون. اولین تجارب چند بعد از این همه دستکاری مهم تر بود.

دالتون با این مشکل بیش از همکارانش پرداخته و نتایج را در همان ابتدا از قرن نوزدهم منتشر شده است. این هوا بخارات اسید سولفوریک خشک شده و سپس حرارت دادن آن. پس از یک سری از آزمایش، جان به این نتیجه رسیدند که همه گازها و بخار است توسط یک عامل از 0.376 گسترش آمد. گیلوساک ما تعداد 0375 است. این نتیجه تحقیقات رسمی بود.

فشار بخار آب

انبساط حرارتی گازهای بستگی به قابلیت ارتجاعی خود را، به عنوان مثال توانایی برای بازگشت به حجم اولیه. برای اولین بار به کشف این موضوع زیگلر در اواسط قرن هجدهم بود. اما نتایج آزمایش های خود را بیش از حد متفاوت هستند. آمار و ارقام بیشتر قابل اعتماد بود Dzheyms Uatt، فشار سنج - که برای دیگ بخار درجه حرارت بالا پاپن استفاده می شود، و برای کم است.

در پایان فیزیکدان فرانسوی قرن هجدهم Prony اقدام به استخراج یک فرمول واحد که کشش گاز توصیف، اما معلوم شد دست و پا گیر عجیب و غریب و مشکل استفاده کنید. دالتون تصمیم به تجربی بررسی تمام محاسبات، با استفاده از یک فشارسنج سیفون. با وجود این واقعیت است که درجه حرارت در تمام آزمایش یکسان بود، نتایج بسیار دقیق بوده است. بنابراین او به آنها در قالب یک جدول در یک کتاب درسی فیزیک منتشر شده است.

نظریه تبخیر

انبساط حرارتی از گازهای (مانند نظریه های فیزیکی) دستخوش تغییرات مختلف است. دانشمندان تلاش کرده اند برای رسیدن به فرآیندهای اصلی که تولید بخار. در اینجا دوباره، ما یک فیزیکدان معروف دالتون ثمر رسانده است. تصور میشود که هر فضای گاز با بخار اشباع صرف نظر از اینکه در حال حاضر در مخزن (داخلی) هر گونه گاز یا بخار است. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که مایع نمی تبخیر فقط در تماس با هوا می آید.

ستون از فشار هوا در سطح مایع در فضای بین اتم ها، پاره شدن آنها از هم جدا و تبخیر، به عنوان مثال آن را ترویج تشکیل بخار افزایش می دهد. اما این جفت ارز مولکول همچنان به کار نیروی گرانش، بنابراین دانشمندان فکر می کردند که فشار اتمسفر می کند تبخیر مایعات تاثیر نمی گذارد.

گسترش مایعات

مایعات انبساط حرارتی به صورت موازی با گسترش گازهای بررسی شده است. تحقیقات علمی درگیر در دانشمندان است. برای این کار، آنها با استفاده از aerometry دماسنج، برقراری ارتباط عروق و ابزارهای دیگر.

همه آزمایش با هم و به صورت جداگانه نظریه دالتون که مایع یکنواخت نسبت به مربع از درجه حرارت که در آنها گرم می شود گسترش می یابد، رد کرد. البته، بالاتر از درجه حرارت، بیشتر حجم مایع، اما مستقیم رابطه بین آنها نیست. و نرخ انبساط برای همه مایعات متفاوت بود.

انبساط حرارتی آب، برای مثال، در صفر درجه سانتیگراد آغاز شده و با کاهش دما. پیش از این، این نتایج تجربی مرتبط با این واقعیت است که آب خود را می کند گسترش نیست، و ظرف مخروطی است، که در آن واقع شده است. اما بعد از مدتی، فیزیکدان در DeLuca هنوز به این نتیجه رسیدند که دلیل باید در مایع مورد آمده است. او تصمیم گرفت برای پیدا کردن دمای حداکثر چگالی آن است. با این حال، او موفق نشد به علت بی توجهی برخی از جزئیات. Rumfort، که این پدیده را مطالعه کرده است، نشان داد که حداکثر چگالی آب است در محدوده 4 تا 5 درجه سانتیگراد مشاهده شده است.

انبساط حرارتی بدن

در جامدات، مکانیسم اصلی این است که تغییر دامنه گسترش شبکه کریستالی. به عبارت ساده، اتم که مواد را تشکیل می دهند و به شدت بین آنها همراه است، شروع به "تکان".

قانون بدن انبساط حرارتی فرموله شرح زیر است: هر بدن با ابعاد L خطی در فرایند گرمایش در DT (دلتا T - تفاوت بین دمای اولیه و نهایی) گسترش به میزان دسی لیتر (دلتا L - مشتق شده از ضریب انبساط حرارتی خطی در طول جسم و تفاوت این است دما). این ساده ترین نسخه از قانون، که به طور پیش فرض به حساب که بدن در همه جهات در یک بار گسترش یافته است. اما برای کار عملی با استفاده از محاسبات بسیار دست و پا گیر، از در واقعیت، مواد انجام فیزیک به عنوان شبیه سازی شده و ریاضیات رفتار نمی کند.

انبساط حرارتی از راه آهن

برای تخمگذار مسیر راه آهن همواره جذب فیزیکدانان مهندسان، از آنجایی که آنها دقیقا می توان چگونگی فاصله بسیار باید بین مفاصل از ریل به حرارت می شود و یا مسیر خنک کننده است تغییر شکل نیست.

همانطور که در بالا ذکر شد، انبساط خطی حرارتی قابل استفاده برای تمام مواد جامد است. و ریل قاعده مستثنی بود. اما یک جزئیات وجود دارد. رمپ آزادانه رخ می دهد اگر بدن توسط نیروی اصطکاک تحت تاثیر قرار نمی. ریل به خواب ثابت و ریل مجاور جوش داده شده، بنابراین قانون، که توصیف تغییر در طول، اجازه می دهد تا برای غلبه بر موانع در فرم در حال اجرا، و مقاومت در برابر لب به لب.

اگر راه آهن می تواند طول آن را تغییر دهید، با یک تغییر در درجه حرارت آن در تنش های حرارتی، که هم می تواند کشش و یا فشرده سازی آن را افزایش می دهد. این پدیده توسط قانون هوک است.