Kiinteiden aineiden lämpölaajeneminen. Mitä vedelle tapahtuu kuumennettaessa

(tilavuuslämpölaajenemiskerroin). Kiinteiden aineiden lämpölaajenemisen karakterisoimiseksi otetaan lisäksi käyttöön lineaarinen lämpölaajenemiskerroin.

Tätä ominaisuutta tutkiva fysiikan haara on ns dilatometria.

Kaikkien vaihtelevissa lämpötiloissa toimivien laitteistojen, instrumenttien ja koneiden suunnittelussa on huomioitu kappaleiden lämpölaajeneminen.

Lämpölaajenemisen peruslaki toteaa, että kappale, jonka lineaarinen ulottuvuus on vastaavassa ulottuvuudessa, laajenee lämpötilan noustessa määrän, joka on yhtä suuri kuin:

missä on niin sanottu lineaarisen lämpölaajenemiskerroin. Samanlaisia ​​kaavoja on saatavana kehon pinta-alan ja tilavuuden muutosten laskemiseen. Esitetyssä yksinkertaisimmassa tapauksessa, kun lämpölaajenemiskerroin ei riipu lämpötilasta tai laajenemissuunnasta, aine laajenee tasaisesti kaikkiin suuntiin tiukasti yllä olevan kaavan mukaisesti.

Katso myös

Linkit

Wikimedia Foundation. 2010 .

Katso, mitä "Thermal Expansion" on muissa sanakirjoissa:

Kehon koon muutos sen lämmittämisen aikana. Määrällisesti T. r. vakiopaineessa p:lle on tunnusomaista isobarinen kerroin. laajeneminen (tilavuuskerroin T. p.) a \u003d 1 / VX (dV / dT) p, missä V on kappaleen tilavuus (kiinteä, nestemäinen tai kaasumainen), T sen ... ... Fyysinen tietosanakirja

Lämpölaajeneminen, kehon koon ja muodon muutos sen lämpötilan muutoksella. Sille on ominaista tilavuuskertoimet (for kiinteät aineet ja lineaarinen) lämpölaajeneminen, ts. kehon tilavuuden (lineaarimittojen) muutos, kun se muuttuu ... ... Nykyaikainen tietosanakirja

Kehon koon muutos, kun sitä kuumennetaan; jolle on tunnusomaista tilavuuslaajenemiskerroin, ja kiintoaineille ja lineaarilaajenemiskerroin, jossa l on lineaarisen koon muutos, ?V kehon tilavuus, ?T lämpötila, indeksi osoittaa ... ... Suuri Ensyklopedinen sanakirja

lämpölaajeneminen- [Ja.N. Luginsky, M.S. Fezi Žilinskaja, Yu.S. Kabirov. Englanti venäjä sähkötekniikan ja sähkötekniikan sanakirja, Moskova, 1999] Sähkötekniikan aiheet, peruskäsitteet FI lämpölaajeneminen lämpölaajeneminen ... Teknisen kääntäjän käsikirja

LÄMPÖLAAJENEMINEN- kehon koon ja muodon muutos, kun niitä kuumennetaan. Ero adheesiovoimissa kehon molekyylien välillä sen eri aggregaateissa (katso) vaikuttaa T. r:n arvoon. Kiinteät aineet, joiden molekyylit vuorovaikuttavat voimakkaasti, laajenevat vähän, nesteet ... ... Suuri ammattikorkeakoulun tietosanakirja

Kehon koon muutos sen lämmittämisen aikana. Määrällisesti T. r. vakiopaineessa sille on tunnusomaista isobarinen laajenemiskerroin (tilavuuskerroin T. R.) T2 > T1, V kappaleen alkutilavuus (lämpötilaero T2 T1 ... ... Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja

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

lämpölaajeneminen- šiluminis plėtimasis statusas T ala chemija apibrėžtis Kaitinamo kūno matmenų padidėjimas. atitikmenys: engl. lämpölaajeneminen; lämpölaajeneminen eng. lämpölaajeneminen; lämpölaajeneminen... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

lämpölaajeneminen- šiluminis plėtimasis statusas T ala fizika atitikmenys: engl. lämpölaajeneminen; lämpölaajeneminen vok. thermische Ausdehnung, f; Wärmeausdehnung, f rus. lämpölaajeneminen, n; lämpölaajeneminen, n pranc. dilataatio lämpö, ​​f; laajennus… … Fizikos terminų žodynas

Kehon koon muutos, kun sitä kuumennetaan; jolle on tunnusomaista tilavuuslaajenemiskerroin αυ = 1/V (ΔV/VT)Ξ ja kiintoaineille ja lineaarilaajenemiskerroin αl = 1/l(Δl/ΔТ)Ξ, missä Δl on lineaarisen koon muutos, ΔV on kehon tilavuus, ΔТ … … tietosanakirja

Kehon lineaaristen mittojen muutos kuumennettaessa on verrannollinen lämpötilan muutokseen.

Useimmat aineet laajenevat kuumennettaessa. Tämä on helppo selittää mekaanisen lämmön teorian näkökulmasta, sillä kuumennettaessa aineen molekyylit tai atomit alkavat liikkua nopeammin. Kiinteissä aineissa atomit alkavat värähdellä suuremmalla amplitudilla keskimääräisen sijaintinsa ympärillä kidehilassa ja ne tarvitsevat enemmän vapaata tilaa. Tämän seurauksena keho laajenee. Samoin nesteet ja kaasut laajenevat suurimmaksi osaksi lämpötilan noustessa nopeuden lisääntymisen vuoksi. lämpöliikettä vapaat molekyylit ( cm. Boylen laki - Mariotte, Charlesin laki, ihanteellisen kaasun tilayhtälö).

Lämpölaajenemisen peruslaki sanoo, että kappale, jolla on lineaarinen ulottuvuus L vastaavassa ulottuvuudessa sen lämpötilan noustessa Δ T laajenee Δ L yhtä kuin:

Δ L = aLΔ T

missä α — niin sanottu lineaarinen lämpölaajenemiskerroin. Samanlaisia ​​kaavoja on saatavana kehon pinta-alan ja tilavuuden muutosten laskemiseen. Esitetyssä yksinkertaisimmassa tapauksessa, kun lämpölaajenemiskerroin ei riipu lämpötilasta tai laajenemissuunnasta, aine laajenee tasaisesti kaikkiin suuntiin tiukasti yllä olevan kaavan mukaisesti.

Insinööreille lämpölaajeneminen on elintärkeä ilmiö. Terässillan suunnittelu joen yli kaupunkiin, jossa on mannermainen ilmasto, on mahdotonta olla ottamatta huomioon mahdollista lämpötilaeroa, joka vaihtelee -40°C:sta +40°C:een vuoden aikana. Tällaiset erot aiheuttavat sillan kokonaispituuden muutoksen jopa useisiin metreihin, ja jotta silta ei nouse kesällä eikä koe voimakkaita murtokuormia talvella, suunnittelijat muodostavat sillan erillisistä osista, jotka yhdistävät ne erityisillä lämpöpuskuriliitokset, jotka ovat kiinnittyneitä, mutta eivät jäykästi yhdistettyjä hammasrivejä, jotka sulkeutuvat tiukasti lämmössä ja poikkeavat melko laajasti kylmässä. Käytössä pitkä silta tällaisia ​​puskureita voi olla useita.

Kaikki materiaalit, erityisesti kiteiset kiinteät aineet, eivät kuitenkaan laajene tasaisesti kaikkiin suuntiin. Ja kaikki materiaalit eivät laajene samalla tavalla eri lämpötiloja. Suurin osa loistava esimerkki viimeinen laji on vesi. Jäähtyessään vesi supistuu ensin, kuten useimmat aineet. Kuitenkin +4°C:sta 0°C:n jäätymispisteeseen vesi alkaa laajentua jäähtyessään ja supistua kuumennettaessa (edellä olevan kaavan perusteella voidaan sanoa, että lämpötila-alueella 0°C - +4° C, veden lämpölaajenemiskerroin α hyväksyy negatiivinen merkitys). Tämän harvinaisen vaikutuksen ansiosta maapallon meret ja valtameret eivät jäädy pohjaan edes pahimmissa pakkasissa: yli +4°C kylmempi vesi tulee vähemmän tiheäksi kuin lämpimämpi ja kelluu pintaan syrjäyttäen veden lämpötila yli +4°C pohjaan asti.

Mitä jäällä on tietty painovoima veden tiheyden alapuolella on toinen (vaikka ei liity edelliseen) veden poikkeava ominaisuus, jolle olemme velkaa elämän olemassaolosta planeetallamme. Ilman tätä vaikutusta jää menisi jokien, järvien ja valtamerten pohjalle, ja ne taas jäätyisivät pohjaan tappaen kaiken elämän.

Useimmat aineet pyrkivät laajenemaan kuumennettaessa. Mikä on melko helppo selittää lämmön mekaanisen teorian näkökulmasta. Hänen mukaansa aineen atomit ja molekyylit alkavat liikkua kuumennettaessa nopeammin. Kiinteissä aineissa atomivärähtelyt saavuttavat suuremman amplitudin ja tarvitsevat enemmän vapaata tilaa. Tämän seurauksena keho laajenee.

Sama prosessi tapahtuu nesteillä ja kaasuilla. Eli lämpötilan nousun vuoksi vapaiden molekyylien lämpöliikkeen nopeus kasvaa ja keho laajenee. Jäähtyessään keho supistuu vastaavasti. Tämä koskee lähes kaikkia aineita. Paitsi vesi.

Kun jäähdytetään välillä 0 - 4 °C, vesi laajenee. Ja kutistuu kuumennettaessa. Veden lämpötilamerkin saavuttaessa 4°C on sillä hetkellä veden maksimitiheys, joka on 1000 kg/m3. Jos lämpötila on tämän merkin ala- tai yläpuolella, tiheys on aina hieman pienempi.

Tämän ominaisuuden ansiosta, kun ilman lämpötila laskee syksyllä ja talvella syvissä vesissä, mielenkiintoinen prosessi. Kun vesi jäähtyy, se vajoaa alemmas pohjaan, mutta vain kunnes sen lämpötila on +4oC. Tästä syystä suurissa vesistöissä kylmempi vesi on lähempänä pintaa ja lämpimämpi vesi laskeutuu pohjaan. Joten kun veden pinta jäätyy talvella, syvemmät kerrokset pitävät edelleen lämpötilan 4 oC:ssa. Tämän hetken ansiosta kalat voivat talvehtia turvallisesti jään peittämien altaiden syvyyksissä.

Veden laajenemisen vaikutus ilmastoon

Näin ollen vesikerrokset vaihtuvat jatkuvasti, mikä johtaa tasaiseen kuumenemiseen, kunnes maksimitiheyttä vastaava lämpötila saavutetaan. Sitten kun se lämpenee, ylemmistä kerroksista tulee vähemmän tiheitä eivätkä enää vajoa alas, vaan pysyvät yläosassa ja lämpenevät vähitellen. Tämän prosessin ansiosta auringonsäteet lämpenevät melko helposti valtavat vesikerrokset.

Edellisistä kappaleista tiedämme, että kaikki aineet koostuvat hiukkasista (atomeista, molekyyleistä). Nämä hiukkaset liikkuvat jatkuvasti satunnaisesti. Kun ainetta kuumennetaan, sen hiukkasten liike nopeutuu. Tässä tapauksessa hiukkasten väliset etäisyydet kasvavat, mikä johtaa kehon koon kasvuun.

Kappaleen koon muutosta sitä kuumennettaessa kutsutaan lämpölaajenemiseksi..

Kiinteiden aineiden lämpölaajeneminen on helppo varmistaa kokeella. Teräskuula (kuva 87, a, b, c), joka kulkee vapaasti renkaan läpi, laajenee alkoholilampulla kuumennettaessa ja juuttuu renkaaseen. Jäähtymisen jälkeen pallo kulkee jälleen vapaasti renkaan läpi. Kokemuksesta seuraa, että kiinteän kappaleen mitat kasvavat kuumennettaessa ja pienenevät jäähdytettäessä.

Riisi. 87

Eri kiinteiden aineiden lämpölaajeneminen ei ole sama.

Kiinteiden aineiden lämpölaajenemisen aikana ilmaantuu valtavia voimia, jotka voivat tuhota siltoja, taivuttaa rautatiekiskoja ja katkaista johtoja. Tämän estämiseksi lämpölaajenemistekijä otetaan huomioon rakennetta suunniteltaessa. Voimalinjojen johdot roikkuvat (kuva 88), joten talvella ne eivät lyhennettynä katkea.

Riisi. 88

Riisi. 89

Kiskojen liitoksissa on rako (kuva 89). Siltojen laakeriosat on sijoitettu rullille, jotka voivat liikkua sillan pituuden muuttuessa talvella ja kesällä (kuva 90).

Riisi. 90

Laajeneeko nesteet kuumennettaessa? Nesteiden lämpölaajeneminen voidaan varmistaa myös kokeellisesti. Kaada identtisiin pulloihin: yhdessä - vettä ja toisessa - sama määrä alkoholia. Suljemme pullot tulpilla, joissa on putkia. Merkitsemme putkien veden ja alkoholin alkutasot kumirenkailla (kuva 91, a). Aseta pullot astiaan, jossa on kuuma vesi. Veden pinta putkissa nousee (kuva 91, b). Vesi ja alkoholi laajenevat kuumennettaessa. Mutta taso pullon putkessa alkoholilla on korkeampi. Joten alkoholi laajenee enemmän. Näin ollen eri nesteiden lämpölaajeneminen, kuten kiinteät aineet, epätasa-arvoisesti.

Riisi. 91

Laajenevatko kaasut lämpölaajenemista? Vastaamme kysymykseen kokemuksen avulla. Suljemme pullon ilmalla kaarevalla putkella varustetulla korkilla. Putkessa (kuva 92, a) on pisara nestettä. Riittää, kun tuot kädet lähemmäksi pulloa, kun pisara alkaa liikkua oikealle (kuva 92, b). Tämä vahvistaa ilman lämpölaajenemisen, kun sitä edes vähän kuumennetaan. Lisäksi, mikä on erittäin tärkeää, kaikki kaasut, toisin kuin kiinteät aineet ja nesteet, kuumennettaessa laajenee tasaisesti.

Riisi. 92

Ajattele ja vastaa 1. Mitä kutsutaan kappaleiden lämpölaajenemiseksi? 2. Anna esimerkkejä kiinteiden aineiden, nesteiden, kaasujen lämpölaajenemisesta (puristumisesta). 3. Miten kaasujen lämpölaajeneminen eroaa kiinteiden aineiden ja nesteiden lämpölaajenemisesta?

Tee se itse kotona

Käyttämällä muovi pullo ja ohut putki mehua varten, suorita kotona koe ilman ja veden lämpölaajenemisesta. Kuvaile kokeen tulokset muistivihkoon.

Mielenkiintoista tietää!

Älä juo heti kuuman teen jälkeen kylmä vesi. Äkillinen lämpötilan muutos johtaa usein hampaiden reikiintymiseen. Tämä johtuu siitä, että hampaan pääaine - dentiini - ja hammasta peittävä kiille laajenevat eri tavalla samassa lämpötilan muutoksessa.

Kun ruumiita kuumennetaan, keskiarvo kineettinen energia liike eteenpäin molekyylejä ja molekyylien keskimääräistä etäisyyttä. Siksi kaikki aineet laajenevat kuumennettaessa ja supistuvat jäähtyessään. Erota lineaarinen ja tilavuuslaajennus.

Kiinteän aineen tietyn koon muutosta lämpötilan muutoksilla kutsutaan lineaarinen laajeneminen (tai supistuminen).

Missä on tangon pituus kohdassa 0 0,

Lineaarinen laajenemiskerroin. Mitta = O C -1.

kehon pituus missä tahansa lämpötilassa t: ;

Volyymilaajennuksella tilavuus kasvaa: , missä: on kehon tilavuus 0 0 C:ssa.

kehon tilavuus missä tahansa lämpötilassa t: , missä:

Tilavuuden laajennuskerroin;

Kokeellisesti on todettu, että. Siksi .

samoin pinta-alalle kiinteä runko: .

Nesteissä on yksi merkittävä poikkeus: kuumennettaessa 0 0 C:sta +4 0 C:een vesi supistuu ja jäähdytettynä +4 0 C:sta 0 0 C:een se laajenee. Veden tilavuuslaajenemiskerroin vaihtelee suuresti lämpötilan mukaan.

Esimerkkejä lämpölaajenemisesta:

Jäätyvä vesi laajenee ja hajoaa kiviä, metalliputket ja muut tekniset rakenteet.

Automatiikassa käytetään bimetallilevyjä, joissa käytetään kummankin levyn lineaarilaajenemiskertoimien eroa. Kuumennettaessa bimetallilevy menettää vakauden, painaa kytkintä, minkä seurauksena toimilaite laukeaa.

Lämpölaajeneminen on tärkeää huomioida kiskoja laskettaessa, johtoja vedettäessä, siltoja rakennettaessa jne. Sähkölamppujen ja radiolamppujen johtopäätökset tehdään materiaalista, jonka lineaarilaajenemiskerroin on lähellä lasin lineaarilaajenemiskerrointa.

sulatus ja kiteytys.
Vaihekaavio

Aineen siirtyminen kiinteästä tilasta nestemäiseen tilaan kutsutaan sulatukseksi ja siirtyminen nesteestä kiinteään kiinteytymistä tai kiteytymistä. Sulaminen ja jähmettyminen tapahtuvat samassa lämpötilassa, ns Sulamislämpötila. Paine ei käytännössä vaikuta sulamislämpötilaan. Aineen sulamispiste normaalitilassa ilmakehän paine nimeltään sulamispiste.

Kun kiinteä aine sulaa, muodostuvat hiukkasten väliset etäisyydet kristallihila, ja itse hila tuhoutuu. Suurimmassa osassa aineista tilavuus kasvaa sulamisen aikana ja pienenee jähmettymisen aikana.

Alue, jossa aine on homogeeninen kaikissa fysikaalisissa ja kemiallisia ominaisuuksia, kutsutaan vaihe tämän aineen tila. Aineen nestemäinen ja kiinteä faasi samassa lämpötilassa voivat pysyä tasapainossa mielivaltaisesti pitkään aikaan(jää ja vesi 0 0 C:ssa). Siksi, kunnes kaikki aine on sulanut, sen lämpötila pysyy muuttumattomana., yhtä suuri kuin sulamispiste.

sulamisen lämpöä kutsutaan lämpömääräksi, joka on tuotava kappaleeseen, jonka massa on m, joka sijaitsee sulamispisteessä sulattamaan sen.

Missä on sulamisen ominaislämpö.

1 J/kg.

Kuvassa 34 on kaavioita aineen lämpötilan muutoksista sulamisen ja jähmettymisen aikana. Segmentti (kuva 34a) ilmaisee lämmön määrän, sai aine kuumennettaessa kiinteässä tilassa (T PL:ään), leikataan - sulattaessa ja leikataan - kuumennettaessa nestemäisessä tilassa. Segmentti (kuva 34b) ilmaisee lämmön määrän, annettu aine nestemäisessä tilassa jäähdytettynä (alkaen), leikattu - jähmettyneenä ja leikattu - kiinteässä tilassa jäähdytettynä.

Kuva 34. Kaaviot aineen lämpötilan muutoksista sulamisen ja jähmettymisen aikana

Monilla kiinteillä aineilla on haju. Tämä osoittaa, että kiinteät aineet voivat siirtyä kaasumaiseen tilaan ohittaen nestemäisen tilan. Kiinteiden aineiden haihtumista kutsutaan sublimaatio tai sublimaatio(latinan sanasta "sublimaatti" - nostaa ylös). AT Ruokateollisuus"Kuivajää" (CO 2), jolla on tämä ominaisuus, käytetään. Käänteinen prosessi on myös mahdollista - kiteiden kasvu kaasumaisesta aineesta (jää ikkunoissa, ROM-hyppääjien liikakasvu).

Jokaiselle aineelle yksi voi tilakaavio koordinaateissa P ja T (kuva 35), joiden perusteella on helppo määrittää, missä tilassa tämä aine on tietyissä ulkoisissa olosuhteissa. Kukin kaavion piste vastaa aineen tasapainotilaa, jossa se voi olla mielivaltaisen pitkä.

KC-käyrä on kyllästyshöyryn paineen riippuvuus lämpötilasta. Piste K on kriittinen piste.

Käyrä CA - kyllästettyjen höyryjen paineen lämpötilariippuvuus tasapainotila kiinteän kappaleen pinnalla.

KC-käyrä on neste- ja kaasufaasin välinen tasapainoviiva. Suora BC on nestemäisen ja kiinteän faasin tasapainoviiva. AC-käyrä on kiinteän ja kaasumaisen faasin tasapainoviiva.

Piste C edustaa tasapainoa kaikkien kolmen vaiheen välillä ja sitä kutsutaan kolmoispisteeksi. Heliumilla ei ole kolmoispistettä.

Testikysymykset:

1. Kerro meille kiinteiden aineiden lämpölaajenemisesta.

2. Mitä on sulaminen ja kiteytyminen? Mikä on fuusiolämpö?

3. Mikä on aineen sublimoituminen?

4. Kerro meille aineen tilakaaviosta.