A expansión térmica de sólidos e líquidos

Sábese que baixo a acción de calor partículas acelerar o seu movemento aleatorio. Se quentar o gas, as moléculas que a constitúen, só voar lonxe un do outro. O líquido quente é primeiro aumento do volume, e, a continuación, comeza a evaporar. E o que vai ocorrer con sólidos? Non cada un deles pode cambiar o seu estado de agregación.

A expansión térmica: Definición

A expansión térmica - un cambio no tamaño e na forma de cambios da temperatura corporal. Matematicamente, pódese calcular o coeficiente de expansión de volume, o que permite predicir o comportamento de gases e líquidos na alteración das condicións externas. Para obter os mesmos resultados para sólidos, é necesario ter en conta o coeficiente de expansión lineal. Os físicos identificaron unha sección enteira para este tipo de investigación e chamou-lle dilatometria.

Enxeñeiros e arquitectos que de coñecemento sobre o comportamento de varios materiais so altas e baixas temperaturas para o deseño de edificios, pavimentación de estradas e tubos.

expansión de gases

A expansión térmica é acompañada por expansión dos gases no volume de espazo. El observou naturalistas-filósofos en tempos antigos, pero para construír cálculos matemáticos ocorrer soamente na física moderna.

Primeiro de todos os científicos interesados na expansión do aire, como pareceu-lles unha tarefa viable. Son tan celosamente asumiu o caso, que recibiu resultados moi contraditorios. Por suposto, tal resultado non satisfai a comunidade científica. Precisión de medida dependía termómetro que foi usado, a presión, e moitas outras condicións. Algúns físicos mesmo chegou a crer que a expansión dos gases non depende de cambios de temperatura. Ou esa dependencia non é completa ...

O traballo de Dalton e Gay-Lussac

Os físicos continuaron a discutir se rouca ou abandonaron a medida, se non Dzhon Dalton. El e outro físico Gay-Lussac, á vez, independentemente un do outro foron capaces de obter os mesmos resultados de medida.

Lussac estaba intentando atopar a causa dun número tan grande de resultados diferentes e observou que algúns instrumentos no momento da experiencia foi a auga. Por suposto, durante o quentamento é transformada en vapor e cambiou cantidade e composición do gas de ensaio. Polo tanto, o primeiro que fixo o científico - está completamente seco todas as ferramentas, que foron utilizados para o experimento, e descartou mesmo unha porcentaxe mínima de humidade do gas de proba. as primeiras experiencias foron máis significativos despois de todas estas manipulacións.

Dalton tratou esta cuestión máis que os seus compañeiros e publicou os resultados no inicio do século XIX. É seco ao aire vapores de ácido sulfúrico e logo, quentando-o. Tras unha serie de experimentos, John chegou á conclusión de que os gases e vapor é expandido por un factor de 0.376. Lussac Temos número 0.375. Este foi o resultado da investigación oficial.

presión de vapor de auga

A expansión térmica dos gases depende da súa elasticidade, é dicir, a capacidade de volver para o volume orixinal. O primeiro a explotar o tema foi Ziegler no medio do século XVIII. Pero os resultados dos seus experimentos son moi diferentes. Números máis fiables estaba Dzheyms Uatt, que se usa para caldeiras de alta temperatura Papin, e abaixo - barómetro.

Ao final do físico francés do século XVIII Prony intentou derivar nunha única fórmula que describiría a elasticidade do gas, pero descubriuse que complicado estraño e difícil de usar. Dalton decidiu comprobar empiricamente todos os cálculos, usando un barómetro de bote. A pesar do feito de que a temperatura en todo experimentos foi o mesmo, os resultados foron moi precisos. Entón, el as publicou en forma de táboa nun libro de física.

A teoría de evaporación

A expansión térmica de gases (como a teoría física) foi sometido a varias modificacións. Os científicos intentaron chegar aos principais procesos que producen vapor. Aquí, de novo, temos marcou un físico famoso Dalton. conjecturado de que calquera espazo de gas é saturada con vapores independentemente de se presente no depósito (interior) calquera outro gas ou vapor. Polo tanto, podemos concluír que o líquido non evaporar só entra en contacto co aire atmosférico.

columna de presión atmosférica na superficie do líquido aumenta o espazo entre os átomos, as destrozar e evaporación, isto é, que promove a formación de vapor. Pero o par molécula segue a operar a forza da gravidade, polo que os científicos pensaban que a presión atmosférica, non afecta a evaporación de líquidos.

expansión de líquidos

líquidos expansión térmica investigada en paralelo coa expansión dos gases. A investigación científica implicados nos mesmos científicos. Para iso, empregan un aerometry termómetro, vasos comunicantes e outras ferramentas.

Todas as experiencias en conxunto e individual refutado a teoría de que Dalton uniforme de fluído expande en proporción ao cadrado da temperatura á cal son quentados. Por suposto, canto maior sexa a temperatura, maior o volume de fluído, pero a relación directa non estaba entre eles. E a taxa de expansión para todos os fluídos era diferente.

A expansión térmica da auga, por exemplo, comeza en cero graos centígrados e esténdese coa diminución da temperatura. Anteriormente, estes resultados experimentais asociados co feito da propia auga non se expande, eo recipiente é cónica, no que está situado. Pero algún tempo despois, o físico Deluca aínda chegou á conclusión de que a razón debe ser buscada no líquido. Decidiu atopar a temperatura da súa densidade máxima. Con todo, non tivo éxito debido a neglixencia algúns detalles. Rumfort, que estudou a este fenómeno, descubriron que a densidade máxima de auga é observada na gama de 4 a 5 graos Celsius.

A expansión térmica dos corpos

En sólidos, o mecanismo principal é a de modificar a amplitude de expansión da rede cristalina. En palabras simples, os átomos que compoñen o material e son rixidamente encaixados entre eles, comezar a "sacudir".

Lei de corpos de expansión térmica formuladas do seguinte xeito: todo o corpo cunha dimensión lineal L no proceso de calefacción en DT (delta T - a diferenza entre a temperatura inicial e final) expandido por unha cantidade DL (delta L - é un derivado do coeficiente de dilatación térmica lineal de lonxitude do obxecto ea diferenza temperatura). Esta é a versión máis simple da lei, que por defecto ten en conta que o corpo é expandido en todas as direccións ao mesmo tempo. Pero para o traballo práctico utilizando cálculos máis complicados, xa que, en realidade, os materiais non se comportan física como simulado e matemáticas.

A expansión térmica do ferroviaria

Para poñer a liña férrea sempre atraeu enxeñeiros físicos, xa que pode calcular exactamente canto distancia debe ser entre as xuntas dos carrís para o quecemento ou arrefriamento camiño non está deformada.

Como xa se mencionou anteriormente, a expansión térmica lineal aplicable a todos os sólidos. E os carrís non foi excepción. Pero hai un detalle. Rampla ocorre libremente o corpo non se ve afectado pola forza de rozamento. Os carrís son fixados ás sopandas e coches son soldadas xunto, polo que a lei, que describe o cambio na lonxitude, permite a superación de obstáculos en forma de execución, e resistencia aparvado.

Se ferroviario non pode cambiar a súa lonxitude, cun cambio de temperatura que aumenta o estrés térmico, que pode alongar, ou comprimir-lo. Este fenómeno é descrito pola lei de Hooke.