Tahkete ainete soojuspaisumine. Mis juhtub veega kuumutamisel

(soojuspaisumise mahutegur). Tahkete ainete soojuspaisumise iseloomustamiseks võetakse täiendavalt kasutusele lineaarse soojuspaisumise koefitsient.

Seda omadust uurivat füüsikaharu nimetatakse dilatomeetria.

Kõigi muutuva temperatuuri tingimustes töötavate paigaldiste, instrumentide ja masinate projekteerimisel võetakse arvesse kehade soojuspaisumist.

Soojuspaisumise põhiseadus väidab, et vastavas mõõtmes lineaarse mõõtmega keha paisub temperatuuri tõustes summa võrra, mis on võrdne:

kus on nn lineaarse soojuspaisumise koefitsient. Sarnased valemid on saadaval ka keha pindala ja ruumala muutuste arvutamiseks. Esitatud kõige lihtsamal juhul, kui soojuspaisumise koefitsient ei sõltu ei temperatuurist ega paisumise suunast, paisub aine ühtlaselt kõigis suundades rangelt vastavalt ülaltoodud valemile.

Vaata ka

Lingid

Wikimedia sihtasutus. 2010 .

Vaadake, mis on "soojuspaisumine" teistes sõnaraamatutes:

Keha suuruse muutus selle kuumutamise protsessis. Kvantitatiivselt T. r. konstantsel rõhul p iseloomustab isobaarkoefitsient. paisumine (mahukoefitsient T. p.) a \u003d 1 / VX (dV / dT) p, kus V on keha maht (tahke, vedel või gaasiline), T selle ... ... Füüsiline entsüklopeedia

Soojuspaisumine, keha suuruse ja kuju muutumine koos selle temperatuuri muutumisega. Seda iseloomustavad mahukoefitsiendid (eest tahked ained ja lineaarne) soojuspaisumine, st. keha mahu (lineaarsete mõõtmete) muutus, kui see muutub ... ... Kaasaegne entsüklopeedia

Keha suuruse muutus kuumutamisel; mida iseloomustab mahupaisumistegur ning tahkete ainete ja lineaarpaisumise koefitsient, kus l on lineaarse suuruse muutus, ?V kehamaht, ?T temperatuur, indeks näitab ... ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

soojuspaisumine- - [Ja.N. Luginski, M.S. Fezi Žilinskaja, Ju.S. Kabirov. English Russian Dictionary of Electrical Engineering and Energy Engineering, Moskva, 1999] Elektrotehnika teemad, põhimõisted EN soojuspaisuminetermopaisumine ... Tehnilise tõlkija käsiraamat

SOOJUSPAISUMINE- kehade suuruse ja kuju muutumine nende kuumutamisel. Keha molekulide nakkejõudude erinevus selle erinevates agregaatides (vt) mõjutab T. r väärtust. Tahked ained, mille molekulid interakteeruvad tugevalt, paisuvad vähe, vedelikud ... ... Suur polütehniline entsüklopeedia

Keha suuruse muutus selle kuumutamise protsessis. Kvantitatiivselt T. r. konstantsel rõhul iseloomustab seda isobaariline paisumistegur (mahutegur T. R.) T2 > T1, V keha algruumala (temperatuuri erinevus T2 T1 ... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia

soojuspaisumine- šiluminis plėtimasis statusas T valdkond Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Kaitinamo kūno matmenų padidėjimas. vastavusmenys: engl. soojuspaisumine; soojuspaisumine vok. thermische Ausdehnung, f; Wärmeausdehnung, f rus. soojuspaisumine, ... ... Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

soojuspaisumine- šiluminis plėtimasis statusas T valdkond chemija apibrėžtis Kaitinamo kūno matmenų padidėjimas. vastavusmenys: engl. soojuspaisumine; soojuspaisumine eng. soojuspaisumine; soojuspaisumine... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

soojuspaisumine- šiluminis plėtimasis statusas T ala fizika vastavusmenys: engl. soojuspaisumine; soojuspaisumine vok. thermische Ausdehnung, f; Wärmeausdehnung, f rus. soojuspaisumine, n; soojuspaisumine, n pranc. dilatatsioon termiline, f; laienemine… … Fizikos terminų žodynas

Keha suuruse muutus kuumutamisel; mida iseloomustab mahupaisumise koefitsient αυ = 1/V (ΔV/VT)Ξ ning tahkete ainete puhul ja lineaarpaisumise koefitsient αl = 1/l(Δl/ΔТ)Ξ, kus Δl on lineaarsuuruse muutus, ΔV on keha maht, ΔТ … … entsüklopeediline sõnaraamat

Keha lineaarsete mõõtmete muutus kuumutamisel on võrdeline temperatuuri muutusega.

Enamik aineid paisub kuumutamisel. Seda on lihtne seletada soojuse mehaanilise teooria seisukohast, kuna kuumutamisel hakkavad aine molekulid või aatomid kiiremini liikuma. Tahketes ainetes hakkavad aatomid võnkuma suurema amplituudiga oma keskmise asukoha ümber kristallvõres ja vajavad rohkem vaba ruumi. Selle tulemusena keha laieneb. Samamoodi paisuvad vedelikud ja gaasid enamasti temperatuuri tõustes kiiruse suurenemise tõttu. termiline liikumine vabad molekulid ( cm. Boyle'i seadus – Mariotte, Charlesi seadus, Ideaalse gaasi olekuvõrrand).

Soojuspaisumise põhiseadus ütleb, et lineaarse mõõtmega keha L vastavas mõõtmes selle temperatuuri tõusuga Δ võrra T laieneb Δ võrra L võrdne:

Δ L = aLΔ T

kus α — nö lineaarse soojuspaisumise koefitsient. Sarnased valemid on saadaval ka keha pindala ja ruumala muutuste arvutamiseks. Esitatud kõige lihtsamal juhul, kui soojuspaisumise koefitsient ei sõltu ei temperatuurist ega paisumise suunast, paisub aine ühtlaselt kõigis suundades rangelt vastavalt ülaltoodud valemile.

Inseneride jaoks on soojuspaisumine eluliselt tähtis nähtus. Terassilla projekteerimine üle jõe linnas, kus kontinentaalne kliima, on võimatu mitte arvestada võimalikku temperatuuride erinevust aasta jooksul vahemikus -40°C kuni +40°C. Sellised erinevused toovad kaasa muutuse silla kogupikkuses kuni mitme meetrini ning et sild ei kerkiks suvel üles ega kogeks talvel tugevaid rebenemiskoormusi, moodustavad projekteerijad silla eraldi sektsioonidest, mis ühendavad. neid spetsiaalsetega termopuhverühendused, mis on haaratud, kuid mitte jäigalt ühendatud, kuumaga tihedalt sulguvad ja külma käes üsna laialt lahknevad hambaread. peal pikk sild selliseid puhvreid võib olla päris palju.

Kuid mitte kõik materjalid, eriti kristalsed tahked ained, ei paisu ühtlaselt igas suunas. Ja mitte kõik materjalid ei laiene võrdselt erinevad temperatuurid. Enamik ehe näide viimane liik on vesi. Jahtumisel tõmbub vesi kõigepealt kokku, nagu enamik aineid. Kuid temperatuurist +4°C kuni külmumistemperatuurini 0°C hakkab vesi jahutamisel paisuma ja kuumutamisel kokku tõmbuma (ülaltoodud valemi järgi võib öelda, et temperatuurivahemikus 0°C kuni +4° C, vee soojuspaisumise koefitsient α võtab vastu negatiivne tähendus). Tänu sellele haruldasele efektile ei külmu maakera mered ja ookeanid põhjani isegi kõige tugevamate külmade korral: külmem kui +4°C vesi muutub vähem tihedaks kui soojem vesi ja hõljub pinnale, tõrjudes vett välja. temperatuur üle +4°C põhjani.

Mis jääl on erikaal allpool vee tihedust on veel üks (kuigi mitte eelmisega seotud) vee anomaalne omadus, millele me võlgneme elu olemasolu meie planeedil. Kui seda efekti poleks, läheks jää jõgede, järvede ja ookeanide põhja ning need külmuks jälle põhjani, tappes kogu elu.

Enamik aineid kipub kuumutamisel paisuma. Mida on soojuse mehaanilise teooria seisukohast üsna lihtne seletada. Tema sõnul hakkavad kuumutamisel aine aatomid ja molekulid kiiremini liikuma. Tahketes ainetes saavutavad aatomivõnked suurema amplituudi ja nad vajavad rohkem vaba ruumi. Selle tulemusena keha laieneb.

Sama protsess toimub vedelike ja gaasidega. See tähendab, et temperatuuri tõusu tõttu suureneb vabade molekulide soojusliikumise kiirus ja keha laieneb. Jahtudes tõmbub keha vastavalt kokku. See kehtib peaaegu kõigi ainete kohta. Välja arvatud vesi.

Jahutamisel vahemikus 0 kuni 4 °C vesi paisub. Ja kuumutamisel kahaneb. Kui veetemperatuuri mark jõuab 4°C-ni, on sel hetkel vee maksimaalne tihedus, mis on 1000 kg/m3. Kui temperatuur on sellest märgist madalam või kõrgem, on tihedus alati veidi väiksem.

Tänu sellele omadusele, kui õhutemperatuur sügisel ja talvel sügavates vetes langeb, huvitav protsess. Kui vesi jahtub, vajub see madalamale põhja, kuid ainult seni, kuni selle temperatuur jõuab +4oC. Just sel põhjusel on suurtes veekogudes külmem vesi pinnale lähemal ja soojem vesi vajub põhja. Nii et kui veepind talvel külmub, hoiavad sügavamad kihid jätkuvalt 4oC temperatuuri. Tänu sellele hetkele saavad kalad turvaliselt talvitada jääga kaetud veehoidlate sügavustes.

Veepaisumise mõju kliimale

Seega on veekihid pidevas muutumises, mis viib ühtlase kuumenemiseni kuni maksimaalsele tihedusele vastava temperatuuri saavutamiseni. Seejärel muutuvad ülemised kihid soojenedes vähem tihedaks ega vaju enam alla, vaid jäävad ülaosasse ja muutuvad lihtsalt järk-järgult soojemaks. Tänu sellele protsessile soojenevad päikesekiirte toimel tohutud veekihid üsna kergesti.

Eelmistest lõikudest teame, et kõik ained koosnevad osakestest (aatomitest, molekulidest). Need osakesed liiguvad pidevalt juhuslikult. Aine kuumutamisel muutub selle osakeste liikumine kiiremaks. Sel juhul suurenevad osakeste vahelised kaugused, mis toob kaasa keha suuruse suurenemise.

Keha suuruse muutumist kuumutamisel nimetatakse soojuspaisumiseks..

Tahkete ainete soojuspaisumist on katsega lihtne kinnitada. Rõngast vabalt läbiv teraskuul (joon. 87, a, b, c) pärast piirituslambil kuumutamist paisub ja jääb rõngasse kinni. Pärast jahutamist läbib pall uuesti vabalt rõngast. Kogemusest järeldub, et tahke keha mõõtmed suurenevad kuumutamisel ja vähenevad jahutamisel.

Riis. 87

Erinevate tahkete ainete soojuspaisumine ei ole sama.

Tahkete ainete soojuspaisumise ajal ilmnevad tohutud jõud, mis võivad sildu hävitada, raudteerööpaid painutada ja juhtmeid katkestada. Et seda ei juhtuks, arvestatakse konstruktsiooni projekteerimisel soojuspaisumistegurit. Elektriliinide juhtmed vajuvad (joon. 88), nii et talvel lühendamisel ei purune.

Riis. 88

Riis. 89

Rööbaste ühenduskohtades on vahe (joon. 89). Sildade kandvad osad asetatakse rullikutele, mis võivad liikuda silla pikkuse muutumisel talvel ja suvel (joon. 90).

Riis. 90

Kas vedelikud paisuvad kuumutamisel? Vedelike soojuspaisumist saab kinnitada ka katseliselt. Valage identsetesse kolbidesse: ühes - vesi ja teises - sama kogus alkoholi. Sulgeme kolvid torudega korkidega. Kummirõngastega märgime torudesse vee ja alkoholi esialgsed tasemed (joonis 91, a). Asetage kolvid anumasse koos kuum vesi. Veetase torudes tõuseb kõrgemaks (joon. 91, b). Vesi ja alkohol paisuvad kuumutamisel. Kuid tase alkoholiga kolvi torus on kõrgem. Nii et alkohol paisub rohkem. Järelikult erinevate vedelike soojuspaisumine, nagu tahked ained, ebavõrdselt.

Riis. 91

Kas gaasid kogevad soojuspaisumist? Vastame küsimusele kogemuse toel. Suleme kolvi õhuga kõvera toruga korgiga. Torus (joon. 92, a) on tilk vedelikku. Piisab, kui tuua käed kolvile lähemale, kuna tilk hakkab liikuma paremale (joonis 92, b). See kinnitab õhu soojuspaisumist, kui see on isegi veidi kuumutatud. Veelgi enam, mis on väga oluline, kuumutamisel kõik gaasid, erinevalt tahketest ja vedelikest laieneda võrdselt.

Riis. 92

Mõtle ja vasta 1. Mida nimetatakse kehade soojuspaisumiseks? 2. Too näiteid tahkete ainete, vedelike, gaaside soojuspaisumise (kokkusurumise) kohta. 3. Mille poolest erineb gaaside soojuspaisumine tahkete ja vedelike soojuspaisumisest?

Tehke seda ise kodus

Kasutades plastpudel ja õhuke toru mahla jaoks, viige kodus läbi katse õhu ja vee soojuspaisumise kohta. Kirjeldage katse tulemusi vihikus.

Huvitav teada!

Ärge jooge kohe pärast kuuma teed külm vesi. Äkiline temperatuurimuutus põhjustab sageli hammaste lagunemist. See on tingitud sellest, et hamba põhiaine – dentiin – ja hammast kattev email paisuvad sama temperatuurimuutuse juures erinevalt.

Kui kehasid kuumutatakse, siis keskmine kineetiline energia edasi liikumine molekulid ja molekulide keskmine kaugus. Seetõttu paisuvad kõik ained kuumutamisel ja tõmbuvad kokku jahutamisel. Eristage lineaarset ja mahulist laienemist.

Tahke aine ühe kindla suuruse muutumist temperatuurimuutustega nimetatakse lineaarne paisumine (või kokkutõmbumine).

Kus on varda pikkus 0 0 juures,

Lineaarne paisumistegur. Mõõtmed = O C -1.

kehapikkus mis tahes temperatuuril t: ;

Helitugevuse suurendamisega maht suureneb: , kus: on keha ruumala 0 0 C juures.

keha maht mis tahes temperatuuril t: , kus:

Mahu laienemise koefitsient;

Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, et. Sellepärast .

Samamoodi pinna jaoks kindel keha: .

Vedelikes on üks tähelepanuväärne erand: 0 0 C kuni +4 0 C kuumutamisel vesi tõmbub kokku ja jahutamisel +4 0 C kuni 0 0 C paisub. Vee mahupaisumistegur varieerub suuresti sõltuvalt temperatuurist.

Soojuspaisumise näited:

Külmuv vesi paisub ja puruneb kivid, metalltorud ja muud tehnilised konstruktsioonid.

Automatiseerimises kasutatakse bimetallplaate, kasutades mõlema plaadi lineaarpaisumise koefitsientide erinevust. Kuumutamisel kaotab bimetallplaat stabiilsuse, vajutab lülitit, mille tulemusena käivitub täiturmehhanism.

Rööbaste paigaldamisel, juhtmete tõmbamisel, sildade ehitamisel jne on oluline arvestada soojuspaisumist. Elektrilampide ja raadiolampide järeldused tehakse materjalist, mille joonpaisumistegur on lähedane klaasi joonpaisumistegurile.

sulamine ja kristalliseerumine.
Faasi diagramm

Aine üleminek tahkest olekust vedelasse nimetatakse sulatamiseks ja üleminek vedelalt tahkeks tahkumine või kristalliseerumine. Sulamine ja tahkumine toimuvad samal temperatuuril, nn sulamistemperatuur. Rõhk praktiliselt ei mõjuta sulamistemperatuuri. Aine sulamistemperatuur normaaltemperatuuril atmosfääri rõhk helistas sulamispunkt.

Tahke aine sulamisel moodustuvad osakeste vahelised kaugused kristallvõre, ja võre ise hävib. Enamiku ainete maht suureneb sulamisel ja väheneb tahkumisel.

Piirkond, milles aine on homogeenne kõigis füüsikalistes ja keemilised omadused, kutsutakse faas selle aine olek. Aine vedel ja tahke faas samal temperatuuril võivad jääda meelevaldselt tasakaalu pikka aega(jää ja vesi 0 0 C juures). Seega, kuni kogu aine on sulanud, jääb selle temperatuur muutumatuks., võrdne sulamistemperatuuriga.

sulamissoojus nimetatakse soojushulgaks, mis tuleb viia kehale massiga m, mis asub sulamistemperatuuril seda sulatada.

Kus on sulamise erisoojus.

1 J/kg.

Joonisel 34 on toodud graafikud aine temperatuuri muutumisest sulamise ja tahkumise ajal. Segment (joonis 34a) väljendab soojuse hulka, saanud aine tahkes olekus kuumutamisel (alates T PL-ni), lõigatakse - sulamisel ja lõigatakse - kuumutamisel vedelas olekus. Segment (joonis 34b) väljendab soojuse hulka, antud aine jahutamisel vedelas olekus (alates kuni), tükelda - tahkumisel ja lõika - tahkes olekus jahutamisel.

Joonis 34. Aine temperatuurimuutuste graafikud sulamisel ja tahkumisel

Paljudel tahketel ainetel on lõhn. See tõestab, et tahked ained võivad vedelast olekust mööda minnes minna gaasilisse olekusse. Tahkete ainete aurustumist nimetatakse sublimatsioon või sublimatsioon(ladina keelest "sublimaat" - üles tõstma). AT Toidutööstus Kasutatakse seda omadust omavat kuiva jääd (CO 2). Võimalik on ka pöördprotsess - kristallide kasv gaasilisest ainest (jää akendel, ROM-i hüppajate ülekasv).

Iga aine kohta üks saab oleku diagramm koordinaatides P ja T (joonis 35), mille alusel on lihtne kindlaks teha, millises olekus see aine teatud välistingimustes on. Diagrammi iga punkt vastab aine tasakaaluolekule, milles see võib olla meelevaldselt pikk.

KC kõver on küllastusauru rõhu sõltuvus temperatuurist. Punkt K on kriitiline punkt.

Kõver CA - küllastunud aurude rõhu sõltuvus temperatuurist in tasakaaluseisund tahke keha pinnaga.

KC kõver on tasakaalujoon vedela ja gaasilise faasi vahel. Sirge joon BC on vedela ja tahke faasi tasakaalujoon. Vahelduvvoolu kõver on tahke ja gaasilise faasi tasakaalujoon.

Punkt C tähistab kõigi kolme faasi vahelist tasakaalu ja seda nimetatakse kolmikpunktiks. Heeliumil pole kolmikpunkti.

Testi küsimused:

1. Rääkige meile tahkete ainete soojuspaisumisest.

2. Mis on sulamine ja kristalliseerumine? Mis on sulamissoojus?

3. Mis on aine sublimatsioon?

4. Räägi meile aine olekudiagrammist.