Cieto vielu termiskā izplešanās. Kas notiek ar ūdeni sildot

(termiskās izplešanās tilpuma koeficients). Cietvielu termiskās izplešanās raksturošanai papildus tiek ieviests lineārās termiskās izplešanās koeficients.

Tiek saukta fizikas nozare, kas pēta šo īpašību dilatometrija.

Korpusu termiskā izplešanās tiek ņemta vērā, projektējot visas iekārtas, instrumentus un mašīnas, kas darbojas mainīgas temperatūras apstākļos.

Termiskās izplešanās pamatlikums norāda, ka ķermenis ar lineāru izmēru attiecīgajā dimensijā, palielinoties tā temperatūrai, izplešas par summu, kas vienāda ar:

kur ir tā sauktais lineārās termiskās izplešanās koeficients. Līdzīgas formulas ir pieejamas ķermeņa laukuma un tilpuma izmaiņu aprēķināšanai. Vienkāršākajā parādītajā gadījumā, kad termiskās izplešanās koeficients nav atkarīgs ne no temperatūras, ne izplešanās virziena, viela paplašināsies vienmērīgi visos virzienos, stingri ievērojot iepriekš minēto formulu.

Skatīt arī

Saites

Wikimedia fonds. 2010 .

Skatiet, kas ir "termiskā izplešanās" citās vārdnīcās:

Ķermeņa izmēra izmaiņas tā sildīšanas procesā. Kvantitatīvi T. r. pie nemainīga spiediena p raksturo izobāriskais koeficients. izplešanās (tilpuma koeficients T. p.) a \u003d 1 / VX (dV / dT) p, kur V ir ķermeņa tilpums (ciets, šķidrs vai gāzveida), T tā ... ... Fiziskā enciklopēdija

Termiskā izplešanās, ķermeņa izmēra un formas izmaiņas, mainoties tā temperatūrai. To raksturo tilpuma koeficienti (par cietvielas un lineārā) termiskā izplešanās, t.i. ķermeņa tilpuma (lineāro izmēru) izmaiņas, kad tās mainās ... ... Mūsdienu enciklopēdija

Ķermeņa izmēra izmaiņas, kad tas tiek uzkarsēts; ko raksturo tilpuma izplešanās koeficients, un cietām vielām un lineārās izplešanās koeficients, kur l ir lineārā izmēra izmaiņas, ?V ķermeņa tilpums, ?T temperatūra, indekss norāda ... ... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

termiska izplešanās- — [Ja.N.Luginskis, M.S.Fezi Žilinskaja, Ju.S.Kabirovs. Angļu krievu elektrotehnikas un enerģētikas vārdnīca, Maskava, 1999] Elektrotehnikas tēmas, pamatjēdzieni EN siltuma izplešanāstermiskā izplešanās ... Tehniskā tulkotāja rokasgrāmata

TERMISKA IZPLEŠANĀS- ķermeņu izmēra un formas izmaiņas, kad tie tiek uzkarsēti. Saķeres spēku atšķirība starp ķermeņa molekulām tā dažādajā agregātā (sk.) ietekmē T. r vērtību. Cietās vielas, kuru molekulas spēcīgi mijiedarbojas, maz izplešas, šķidrumi ... ... Lielā Politehniskā enciklopēdija

Ķermeņa izmēra izmaiņas tā sildīšanas procesā. Kvantitatīvi T. r. pie nemainīga spiediena to raksturo izobāriskais izplešanās koeficients (tilpuma koeficients T. R.) T2 > T1, V ķermeņa sākotnējais tilpums (temperatūras starpība T2 T1 ... ... Lielā padomju enciklopēdija

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

termiska izplešanās- šiluminis plėtimasis statusas T joma chemija apibrėžtis Kaitinamo ķermeņa matmenų palielinājums. atitikmenys: engl. siltuma izplešanās; siltuma izplešanās eng. termiska izplešanās; termiska izplešanās... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

termiska izplešanās- šiluminis plėtimasis statusas T joma fizika atitikmenys: engl. siltuma izplešanās; termiskās izplešanās vok. thermische Ausdehnung, f; Wärmeausdehnung, f rus. termiskā izplešanās, n; termiskā izplešanās, n pranc. termiskā dilatācija, f; paplašināšana… … Fizikos terminų žodynas

Ķermeņa izmēra izmaiņas, kad tas tiek uzkarsēts; raksturīgs ar tilpuma izplešanās koeficientu αυ = 1/V (ΔV/VT)Ξ, un cietām vielām un lineārās izplešanās koeficientu αl = 1/l(Δl/ΔТ)Ξ, kur Δl ir lineārā izmēra izmaiņas, ΔV ir ķermeņa tilpums, ΔТ … … enciklopēdiskā vārdnīca

Ķermeņa lineāro izmēru izmaiņas sildot ir proporcionālas temperatūras izmaiņām.

Lielākā daļa vielu karsējot izplešas. Tas ir viegli izskaidrojams no siltuma mehāniskās teorijas viedokļa, jo, karsējot, vielas molekulas vai atomi sāk kustēties ātrāk. Cietās vielās atomi sāk svārstīties ar lielāku amplitūdu ap to vidējo pozīciju kristāla režģī, un tiem ir nepieciešams vairāk brīvas vietas. Tā rezultātā ķermenis paplašinās. Tāpat šķidrumi un gāzes lielākoties izplešas, palielinoties temperatūrai, palielinoties ātrumam. termiskā kustība brīvās molekulas ( cm. Boila likums - Mariota, Čārlza likums, Ideālas gāzes stāvokļa vienādojums).

Termiskās izplešanās pamatlikums nosaka, ka ķermenis ar lineāru izmēru L attiecīgajā dimensijā, palielinoties tā temperatūrai par Δ T izplešas par Δ L vienāds ar:

Δ L = aLΔ T

kur α — ts lineārās termiskās izplešanās koeficients. Līdzīgas formulas ir pieejamas ķermeņa laukuma un tilpuma izmaiņu aprēķināšanai. Vienkāršākajā parādītajā gadījumā, kad termiskās izplešanās koeficients nav atkarīgs ne no temperatūras, ne izplešanās virziena, viela paplašināsies vienmērīgi visos virzienos, stingri ievērojot iepriekš minēto formulu.

Inženieriem termiskā izplešanās ir būtiska parādība. Tērauda tilta projektēšana pāri upei pilsētā ar kontinentālais klimats, nav iespējams neņemt vērā iespējamo temperatūras starpību no -40°C līdz +40°C gada laikā. Šādas atšķirības izraisīs tilta kopējā garuma izmaiņas līdz pat vairākiem metriem, un, lai vasarā tilts nepaceltos uz augšu un ziemā neizjustu spēcīgas plīsuma slodzes, projektētāji tiltu veido no atsevišķiem posmiem, savienojot. tos ar īpašiem termiskā bufera savienojumi, kas ir piesaistīti, bet ne stingri savienoti, zobu rindas, kas karstumā cieši aizveras un aukstumā diezgan plaši atšķiras. Uz garš tiltsšādu buferu var būt diezgan daudz.

Tomēr ne visi materiāli, īpaši kristāliskas cietas vielas, vienmērīgi izplešas visos virzienos. Un ne visi materiāli paplašinās vienādi, kad dažādas temperatūras. Lielākā daļa spilgts piemērs pēdējais veids ir ūdens. Atdzesējot, ūdens, tāpat kā lielākā daļa vielu, vispirms saraujas. Taču no +4°C līdz sasalšanas temperatūrai 0°C ūdens atdziestot sāk izplesties un karsējot sarauties (pēc iepriekš minētās formulas var teikt, ka temperatūras diapazonā no 0°C līdz +4° C, ūdens termiskās izplešanās koeficients α pieņem negatīva nozīme). Pateicoties šim retajam efektam, zemes jūras un okeāni nesasalst līdz dibenam pat vissmagākajā salnā: ūdens, kas ir vēsāks par +4°C, kļūst mazāk blīvs par siltāku ūdeni un uzpeld virspusē, izspiežot ūdeni. temperatūra virs +4°C līdz apakšai.

Kas ir ledus īpaša gravitāte zem ūdens blīvuma ir vēl viena (lai gan nav saistīta ar iepriekšējo) ūdens anomāla īpašība, kurai mēs esam parādā dzīvības esamību uz mūsu planētas. Ja ne šis efekts, ledus nonāktu upju, ezeru un okeānu dibenā, un tie atkal sasaltu līdz dibenam, nogalinot visu dzīvību.

Lielākajai daļai vielu karsējot ir tendence izplesties. To ir diezgan viegli izskaidrot no siltuma mehāniskās teorijas viedokļa. Viņasprāt, karsējot, vielas atomi un molekulas sāk kustēties ātrāk. Cietās vielās atomu vibrācijas sasniedz lielāku amplitūdu, un tām ir nepieciešams vairāk brīvas vietas. Tā rezultātā ķermenis paplašinās.

Tas pats process notiek ar šķidrumiem un gāzēm. Tas ir, temperatūras paaugstināšanās dēļ brīvo molekulu termiskās kustības ātrums palielinās, un ķermenis paplašinās. Atdzesējot, ķermenis attiecīgi saraujas. Tas attiecas uz gandrīz visām vielām. Izņemot ūdeni.

Atdzesējot diapazonā no 0 līdz 4°C, ūdens izplešas. Un karsējot saraujas. Kad ūdens temperatūras atzīme sasniedz 4°C, tajā brīdī ūdenim ir maksimālais blīvums, kas ir 1000 kg/m3. Ja temperatūra ir zem vai virs šīs atzīmes, tad blīvums vienmēr ir nedaudz mazāks.

Pateicoties šai īpašībai, rudenī un ziemā dziļos ūdeņos gaisa temperatūrai pazeminoties, interesants process. Kad ūdens atdziest, tas nogrimst zemāk līdz apakšai, bet tikai līdz tā temperatūra sasniedz +4oC. Tieši šī iemesla dēļ lielās ūdenstilpēs vēsāks ūdens atrodas tuvāk virsmai, bet siltāks nogrimst apakšā. Tātad, kad ziemā ūdens virsma sasalst, dziļākajos slāņos turpina uzturēt 4oC temperatūru. Pateicoties šim brīdim, zivis var droši ziemot ledus klātu ūdenskrātuvju dziļumos.

Ūdens izplešanās ietekme uz klimatu

Tādējādi ūdens slāņi nepārtraukti mainās, kas noved pie vienmērīgas sildīšanas, līdz tiek sasniegta temperatūra, kas atbilst maksimālajam blīvumam. Tad, uzsilstot, augšējie slāņi kļūst mazāk blīvi un vairs negrimst, bet paliek augšā un tikai pamazām kļūst siltāki. Pateicoties šim procesam, saules stari diezgan viegli sasilda milzīgus ūdens slāņus.

No iepriekšējiem punktiem mēs zinām, ka visas vielas sastāv no daļiņām (atomiem, molekulām). Šīs daļiņas pastāvīgi pārvietojas nejauši. Kad vielu karsē, tās daļiņu kustība kļūst ātrāka. Šajā gadījumā attālumi starp daļiņām palielinās, kā rezultātā palielinās ķermeņa izmērs.

Ķermeņa izmēra izmaiņas, kad tas tiek uzkarsēts, sauc par termisko izplešanos..

Cietu vielu termisko izplešanos ir viegli apstiprināt ar eksperimentu. Tērauda lodīte (87. att., a, b, c), brīvi izejot cauri gredzenam, pēc karsēšanas uz spirta lampas izplešas un iestrēgst gredzenā. Pēc atdzesēšanas bumba atkal brīvi iet cauri gredzenam. No pieredzes izriet, ka cieta ķermeņa izmēri palielinās sildot, un samazinās, ja to atdzesē.

Rīsi. 87

Dažādu cietvielu termiskā izplešanās nav vienāda.

Cieto vielu termiskās izplešanās laikā parādās milzīgi spēki, kas var sagraut tiltus, saliekt dzelzceļa sliedes un pārraut vadus. Lai tas nenotiktu, projektējot konstrukciju, tiek ņemts vērā termiskās izplešanās faktors. Elektrības līniju vadi noslīd (88. att.), lai ziemā, saīsinot, tie neplīst.

Rīsi. 88

Rīsi. 89

Sliedēm savienojumu vietās ir atstarpe (89. att.). Tiltu nesošās daļas ir novietotas uz rullīšiem, kas var kustēties, mainoties tilta garumam ziemā un vasarā (90. att.).

Rīsi. 90

Vai šķidrumi karsējot izplešas? Šķidrumu termisko izplešanos var apstiprināt arī eksperimentāli. Ielejiet identiskās kolbās: vienā - ūdeni, bet otrā - tādu pašu spirta tilpumu. Mēs aizveram kolbas ar aizbāžņiem ar caurulēm. Mēs atzīmējam sākotnējos ūdens un spirta līmeņus caurulēs ar gumijas gredzeniem (91. att., a). Ievietojiet kolbas traukā ar karsts ūdens. Ūdens līmenis caurulēs kļūs augstāks (91. att., b). Ūdens un alkohols karsējot izplešas. Bet līmenis kolbas mēģenē ar spirtu ir augstāks. Tātad alkohols izplešas vairāk. Sekojoši, dažādu šķidrumu termiskā izplešanās, tāpat kā cietas vielas, nevienlīdzīgi.

Rīsi. 91

Vai gāzes piedzīvo termisko izplešanos? Uz jautājumu atbildēsim ar pieredzes palīdzību. Mēs aizveram kolbu ar gaisu ar korķi ar izliektu cauruli. Caurulītē (92. att., a) ir šķidruma piliens. Pietiek pietuvināt rokas kolbai, jo piliens sāk virzīties pa labi (92. att., b). Tas apstiprina gaisa termisko izplešanos, kad tas ir pat nedaudz uzkarsēts. Turklāt, kas ir ļoti svarīgi, visas gāzes, atšķirībā no cietām vielām un šķidrumiem, sildot paplašināties vienādi.

Rīsi. 92

Padomā un atbildi 1. Ko sauc par ķermeņu termisko izplešanos? 2. Sniedziet cietvielu, šķidrumu, gāzu termiskās izplešanās (saspiešanas) piemērus. 3. Kā gāzu termiskā izplešanās atšķiras no cietvielu un šķidrumu termiskās izplešanās?

Dariet to pats mājās

Izmantojot plastmasas pudele un tievu tūbiņu sulai, veiciet mājās eksperimentu par gaisa un ūdens termisko izplešanos. Aprakstiet eksperimenta rezultātus piezīmju grāmatiņā.

Interesanti zināt!

Nedzeriet tūlīt pēc karstas tējas auksts ūdens. Pēkšņas temperatūras izmaiņas bieži noved pie zobu bojāšanās. Tas ir saistīts ar to, ka zoba galvenā viela – dentīns – un zobu klājošā emalja pie vienas un tās pašas temperatūras maiņas izplešas atšķirīgi.

Kad ķermeņi tiek uzkarsēti, vidējais kinētiskā enerģija kustība uz priekšu molekulas un vidējais attālums starp molekulām. Tāpēc visas vielas karsējot izplešas un atdzesējot saraujas. Atšķiriet lineāro un tilpuma izplešanos.

Tiek saukta viena noteikta cietas vielas izmēra maiņa ar temperatūras izmaiņām lineāra izplešanās (vai saraušanās).

Kur ir stieņa garums pie 0 0,

Lineārais izplešanās koeficients. Izmērs = O C -1.

ķermeņa garums jebkurā temperatūrā t: ;

Ar apjoma paplašināšanu tilpums palielinās: , kur: ir ķermeņa tilpums 0 0 C temperatūrā.

ķermeņa tilpums jebkurā temperatūrā t: , kur:

Tilpuma izplešanās koeficients;

Eksperimentāli ir noskaidrots, ka. Tāpēc .

Līdzīgi virsmas laukumam ciets korpuss: .

Šķidrumos ir viens ievērojams izņēmums: sildot no 0 0 C līdz +4 0 C, ūdens saraujas, un, atdzesējot no +4 0 C līdz 0 0 C, tas izplešas. Ūdens tilpuma izplešanās koeficients ļoti atšķiras atkarībā no temperatūras.

Termiskās izplešanās piemēri:

Sasalstošais ūdens izplešas un saplīst klintis, metāla caurules un citas tehniskas konstrukcijas.

Automatikā tiek izmantotas bimetāla plāksnes, izmantojot katras no divām plāksnēm lineārās izplešanās koeficientu atšķirību. Sildot, bimetāla plāksne zaudē stabilitāti, nospiež slēdzi, kā rezultātā tiek iedarbināts izpildmehānisms.

Termiskā izplešanās ir svarīgi ņemt vērā, liekot sliedes, velkot vadus, būvējot tiltus utt. Secinājumi no elektriskajām lampām un radiolampām ir izgatavoti no materiāla, kura lineārās izplešanās koeficients ir tuvs stikla lineārās izplešanās koeficientam.

kušana un kristalizācija.
Fāzes diagramma

Vielas pāreja no cieta stāvokļa uz šķidru stāvokli sauc par kausēšanu un pāreja no šķidruma uz cietu sacietēšana vai kristalizācija. Kušana un sacietēšana notiek tajā pašā temperatūrā, ko sauc kušanas temperatūra. Spiediens praktiski neietekmē kušanas temperatūru. Vielas kušanas temperatūra normālā stāvoklī atmosfēras spiediens sauca kušanas punkts.

Kad cieta viela ir izkususi, attālumi starp daļiņām, kas veidojas kristāla režģis, un pats režģis tiek iznīcināts. Lielākajā daļā vielu tilpums palielinās kušanas laikā un samazinās sacietēšanas laikā.

Reģions, kurā matērija ir viendabīga visos fiziskajos un ķīmiskās īpašības, tiek saukts fāzešīs vielas stāvokli. Vielas šķidrā un cietā fāze vienā un tajā pašā temperatūrā var palikt līdzsvarā patvaļīgi ilgu laiku(ledus un ūdens 0 0 C temperatūrā). Tāpēc, kamēr visa viela nav izkususi, tās temperatūra paliek nemainīga., vienāds ar kušanas temperatūru.

saplūšanas siltums ko sauc par siltuma daudzumu, kas jānoved uz ķermeņa masu m, kas atrodas kušanas temperatūrā lai to izkausētu.

Kur ir īpatnējais saplūšanas siltums.

1 J/kg.

34. attēlā parādīti grafiki par vielas temperatūras izmaiņām kušanas un sacietēšanas laikā. Segments (34.a attēls) izsaka siltuma daudzumu, saņemts viela, karsējot cietā stāvoklī (no līdz T PL), sagriež - kausējot un sagriež - karsējot šķidrā stāvoklī. Segments (34.b attēls) izsaka siltuma daudzumu, dota viela, atdzesējot šķidrā stāvoklī (no līdz), sagriež - kad sacietē un sagriež - ja atdzesē cietā stāvoklī.

34. attēls. Vielas temperatūras izmaiņu grafiki kušanas un sacietēšanas laikā

Daudzām cietām vielām ir smarža. Tas pierāda, ka cietās vielas var nonākt gāzveida stāvoklī, apejot šķidro stāvokli. Cieto vielu iztvaikošanu sauc sublimācija vai sublimācija(no latīņu valodas "sublimāts" - pacelt uz augšu). AT Pārtikas rūpniecība Tiek izmantots “sausais ledus” (CO 2), kam ir šī īpašība. Iespējams arī apgrieztais process - kristālu augšana no gāzveida vielas (ledus uz logiem, ROM džemperu aizaugšana).

Katrai vielai var stāvokļa diagramma koordinātēs P un T (35. attēls), uz kuru pamata ir viegli noteikt, kādā stāvoklī šī viela būs noteiktos ārējos apstākļos. Katrs diagrammas punkts atbilst vielas līdzsvara stāvoklim, kurā tas var būt patvaļīgi garš.

KC līkne ir piesātinājuma tvaika spiediena atkarība no temperatūras. Punkts K ir kritisks punkts.

Līkne CA - piesātināto tvaiku spiediena atkarība no temperatūras in līdzsvara stāvoklis ar cieta ķermeņa virsmu.

KC līkne ir līdzsvara līnija starp šķidro un gāzveida fāzi. Taisnā līnija BC ir šķidrās un cietās fāzes līdzsvara līnija. Maiņstrāvas līkne ir līdzsvara līnija cietajai un gāzveida fāzei.

Punkts C atspoguļo līdzsvaru starp visām trim fāzēm, un to sauc par trīskāršo punktu. Hēlijam nav trīskāršā punkta.

Testa jautājumi:

1. Pastāstiet par cieto vielu termisko izplešanos.

2. Kas ir kušana un kristalizācija? Kas ir saplūšanas siltums?

3. Kas ir vielas sublimācija?

4. Pastāstiet par matērijas stāvokļa diagrammu.