Tepelná roztažnost pevných látek a kapalin

Je známo, že za působení tepla částic urychlit jeho náhodného pohybu. Pokud jste ohřívání plynu, molekuly, které tvoří to, jen odletět od sebe navzájem. Ohřátá kapalina se nejprve zvýšení objemu, a pak se začne odpařovat. A co se stane s pevnými látkami? Ne každý z nich může změnit své skupenství.

Tepelná roztažnost: Definice

Tepelná roztažnost - změna velikosti a tvaru změny tělesné teploty. Matematicky lze vypočítat koeficient roztažnosti objemu, což umožňuje předvídat chování plynů a kapalin v měnící se vnější podmínky. Chcete-li získat stejné výsledky pro pevné látky, je nutno vzít v úvahu koeficient délkové roztažnosti. Fyzici identifikoval celou jednu část pro tento druh výzkumu a nazval jej dilatometrie.

Inženýři a architekti potřebují znalosti o chování různých materiálů za vysokých a nízkých teplot pro navrhování budov, dláždění silnic a potrubí.

expanze plynů

Tepelná expanze je doprovázen expanze plynů v objemu prostoru. Konstatoval přírodovědců-filozofové ve starověku, ale stavět matematické výpočty dojít pouze v moderní fyzice.

První ze všech vědců, kteří mají zájem v expanzi vzduchu, protože se zdálo, že se jim proveditelný úkol. Jsou tak horlivě chopil případu, který obdržel zcela protichůdné výsledky. Samozřejmě, že takový výsledek nesplňuje vědeckou komunitu. Přesnost měření závisí na tom, co bylo použito teploměrem, tlak, a mnoho dalších podmínek. Někteří fyzici dokonce přijít k přesvědčení, že expanze plynu nezávisí na teplotních změnách. Nebo tato závislost není dokončena ...

Práce Dalton a Gay-Lussac

Fyzici i nadále argumentovat ochraptění nebo opustili měření, ne-li Dzhon Dalton. On a další fyzik Gay-Lussac, ve stejnou dobu nezávisle na sobě byli schopni získat stejné výsledky měření.

Lussac se snaží najít příčinu takového velkého počtu různých výsledků a poznamenal, že některé nástroje v té době na základě zkušeností byla voda. Samozřejmě, že v průběhu zahřívání se přemění v páru a změnit množství a složení zkušebního plynu. Proto první věc, která vědce - se důkladně vysušte všechny nástroje, které byly použity k pokusu, a vyloučil i minimální procento vlhkosti zkušebního plynu. během prvních několika zážitky byly po všech těchto manipulací výraznější.

Dalton se touto otázkou zabýval delší než jeho kolegové a publikoval výsledky v samém počátku XIX století. To se suší na vzduchu par kyseliny sírové a pak ji vytápění. Po sérii experimentů, John dospěl k závěru, že všechny plyny a páry expanduje o faktor 0,376. Lussac Máme číslo 0,375. To byl výsledek oficiálního vyšetřování.

Tlak vodní páry

Tepelná expanze plynů závisí na jejich pružnosti, tj. Schopnost vrátit se do původního objemu. První prozkoumat problém byl Ziegler v polovině osmnáctého století. Ale výsledky svých experimentů jsou příliš rozdílné. Více spolehlivé údaje bylo Dzheyms Uatt, který se používá pro vysoké teploty kotle Papin, a pro low - barometr.

Na konci francouzského fyzika XVIII století Prony pokusil odvodit jeden vzorec, který by se dala popsat elasticitu plynu, ale ukázalo se, lichý těžkopádný a obtížně použít. Dalton rozhodl empiricky ověřit veškeré výpočty pomocí sifonu barometr. Navzdory skutečnosti, že se teplota ve všech experimentech byl stejný, výsledky byly velmi přesné. Tak on vydával je ve formě tabulky v učebnice fyziky.

Teorie odpařování

Tepelná roztažnost plynů (jako jsou například fyzikální teorie) byl podroben různým změnám. Vědci se pokusili dostat do hlavních procesů, které produkují páru. Zde opět jsme zaznamenal slavný fyzik Dalton. To je se domníval, že jakýkoliv plyn prostor je nasycen parami bez ohledu na to, zda přítomné v zásobníku (vnitřní) jakýkoliv jiný plyn nebo páry. Proto můžeme konstatovat, že tekutina nebude odpařovat právě přichází do styku s atmosférickým vzduchem.

sloupec tlaku vzduchu na povrchu kapaliny zvětšuje prostor mezi atomy, jejich odtržení a odpařovací, to znamená, že podporuje tvorbu páry. Ale molekula pár pokračuje v činnosti gravitační sílu, takže vědci domnívali, že atmosférický tlak nemá vliv na odpařování kapalin.

expanze kapaliny

Tepelné roztažnosti kapaliny zkoumány souběžně s expanzí plynů. Vědecký výzkum zabývající se stejnými vědci. K tomu, že používají teploměr aerometry, spojené nádoby a další nástroje.

Všechny experimenty společně a osobně vyvrátil teorii Dalton, že jednotné kapalina expanduje v poměru k druhé mocnině teploty, při které se zahřívají. Samozřejmě, čím vyšší je teplota, tím větší je objem tekutiny, ale přímý vztah nebyl mezi nimi. A tempo expanze pro všechny tekutiny byla jiná.

Tepelná roztažnost vody, například, začíná na nula stupňů Celsia a rozšiřuje s klesající teplotou. Dříve se tyto experimentální výsledky spojené s tím, že voda sama o sobě nemá expandovat, a kontejner se zužující, ve kterém se nachází. Ale o něco později, fyzik Deluca přesto dospěl k závěru, že důvodem, proč je třeba hledat v kapalině. Ten se rozhodl zjistit teplotu jeho maximální hustoty. Nicméně, on neuspěl kvůli zanedbávání některé detaily. Rumfort, který studoval tento fenomén, zjištěno, že maximální hustota vody je pozorována v rozmezí 4 až 5 ° C.

Tepelná roztažnost těles

V pevných látkách, hlavním mechanismem je změna amplitudy rozšíření krystalové mřížky. Jednoduše řečeno, atomy, které tvoří materiál a jsou pevně spojeny mezi nimi, začnou „třást“.

Zákon teplotní roztažnosti těles formulovány následovně: všechna těleso s lineárním rozměrem L v zahřívání na dT (delta T - rozdíl mezi počáteční teploty a konečné) rozšířeného o částku dl (delta L - je derivátem koeficientu lineární tepelné roztažnosti v délce objektu a rozdílu teplota). Jedná se o nejjednodušší verzi zákona, který ve výchozím nastavení bere v úvahu, že tělo je rozšířené ve všech směrech najednou. Ale pro praktickou práci s použitím mnohem těžkopádnější výpočtů, protože ve skutečnosti, že materiály nechovají jako simulovaný fyziku a matematiku.

Tepelná roztažnost kolejnice

Pro pokládání železniční trať vždy přitahovala fyziků inženýry, protože mohou přesně spočítat, kolik by měla být vzdálenost mezi spoji kolejnic k vytápění nebo chlazení cesta není deformována.

Jak již bylo uvedeno výše, lineární expanze tepelnou použitelné pro všechny pevné látky. A kolejnice nebyla výjimkou. Ale je tu jeden detail. Rampa volně dochází, pokud je tělo není ovlivněna třecí síly. Kolejnice jsou upevněny na pražce a kolejnice jsou přivařeny k přilehlé, takže zákona, která popisuje změny délky, umožňuje překonávání překážek v podobě provozu a odolnost proti natupo.

Pokud se kolejnice nemůže měnit svou délku, se změnou teploty se zvyšuje tepelný stres, který může být buď natáhnout, nebo stlačuje ji. Tento jev je popsán Hooke zákona.