Зміна розмірів або об'єму тіла при нагріванні
Тепловим розширенням називається ефект зміни розмірів тіла зі зміною температури при постійному тиску. Це явище для твердих тіл обумовлено несиметричністю потенціалу взаємодії атомів речовини в решітці, що призводить до ангармонізм коливань атомів щодо середнього положення. Для газів це обумовлено збільшенням кінетичної енергії молекул і атомів.
Кількісно теплове розширення при постійному тиску Р характеризується Ізобаричний коефіцієнтом розширення (об'ємного або лінійного).
Коефіцієнт об'ємного розширення a визначається як відносна зміна обсягу V при нагріванні тіла (твердого, рідкого або газоподібного) на 1 К.
тут Т - абсолютна температура тіла.
Практичне значення a обчислюється за формулою:
де V 1. V 2 - обсяги тіла при температурах Т 1 і Т 2. відповідно (Т 1 <Т 2 ).
Для характеристики теплового розширення поряд з a використовується коефіцієнт лінійного розширення a L:
де l - розмір тіла в даному напрямку.
У загальному випадку полікристалічних анізотропних тіл, що складаються з анізотропних монокристалів, a L = a x + a y + a z. причому відмінність або рівність лінійних коефіцієнтів теплового розширення a x. a y. a z уздовж кристалографічних осей х, у, z визначається симетрією кристала. Наприклад, для кристалів кубічної системи, так само як і для ізотропних тіл a L = a x = a y = a z і a = 3 a л. Для більшості тіл a> 0, але існують і аномалії. Наприклад, вода при нагріванні від 0 до 4 0 С в умовах нормального атмосферного тиску стискується (a <0). Зависимость a ( Т ) наиболее заметна у газов (для идеального газа a =1/Т ); у жидкостей она проявляется слабее. У ряда веществ в твердом состоянии (кварца, инвара и т.д.) коэффициент a мал и практически постоянен в широком интервале температур. При Т ® 0, a® 0. Коэффициент a и a L определяются экспериментальными методами.
Час ініціації (log t o від -1 до 3);
Час існування (log t c від 0 до 6);
Час деградації (log t d від -1 до 3);
Час оптимального прояви (log t k від 3 до 5).
Технічні реалізації ефекту
Реалізація даного ефекту не вимагає ніяких додаткових коштів, крім звичайного побутового спиртового або ртутного термометра. При його нагріванні стовпчик рідини зростає, що і означає об'ємне розширення рідини.
Даний ефект широко використовується при проектуванні технічних систем, що працюють в екстремальних або оптимальних термоусловіях з великими перепадами температур. Аномальне властивість води зменшуватися в обсязі при збільшенні температури від 0 до 4 0 С з одного боку є шкідливим, що призводить до розморожування "гідросистем", тобто їх механічного руйнування, а з іншого боку є основою для ряду технологічних процесів, наприклад, руйнування гірських порід. Крім того в технічних пристроях широко використовується так звані біметалічні пластини як датчики граничних температур, що призводять до автоматичної роботи виключення побутових електропристроїв (прасок, пилососів, холодильників і т.д.).
Широке поширення даний ефект отримав в механічекіх теплових релейних елементах.
- розширення
- температура
- тверде тіло
- рідина
- газ
- коефіцієнт теплового розширення
Розділи природничих наук: