Giãn nở nhiệt của các chất rắn và chất lỏng

Được biết, dưới tác động của các hạt nhiệt thúc đẩy phong trào ngẫu nhiên của nó. Nếu bạn làm nóng khí, các phân tử cấu thành nó, chỉ cần bay ra xa nhau. Chất lỏng nóng là lần tăng đầu tiên trong khối lượng, và sau đó bắt đầu bay hơi. Và điều gì sẽ xảy ra với chất rắn? Không phải tất cả một trong số họ có thể thay đổi trạng thái của họ về tập hợp.

giãn nở nhiệt: Định nghĩa

Nhiệt mở rộng - một sự thay đổi trong kích thước và hình dạng của những thay đổi nhiệt độ cơ thể. Về mặt toán học, người ta có thể tính toán hệ số giãn nở thể tích, cho phép để dự đoán hành vi của khí và chất lỏng trong việc thay đổi điều kiện bên ngoài. Để có được kết quả tương tự cho các chất rắn, nó là cần thiết để đưa vào tài khoản các hệ số giãn nở tuyến tính. Các nhà vật lý đã xác định được một phần toàn bộ cho các loại hình nghiên cứu và gọi nó là dilatometry.

Các kỹ sư và kiến trúc sư cần hiểu biết về hành vi của các vật liệu khác nhau dưới nhiệt độ cao và thấp cho việc thiết kế các tòa nhà, mở đường giao thông và đường ống.

mở rộng các khí

giãn nở nhiệt được đi kèm bởi sự mở rộng của các loại khí trong thể tích không gian. Nó ghi nhận nhà tự nhiên học-triết học trong thời cổ đại, nhưng để xây dựng tính toán toán học chỉ xảy ra trong vật lý hiện đại.

Trước hết các nhà khoa học quan tâm đến việc mở rộng của không khí, vì nó dường như họ là một nhiệm vụ khả thi. Họ đang rất sốt sắng đã lên trường hợp, đã nhận được kết quả khá mâu thuẫn. Đương nhiên, một kết quả như vậy không đáp ứng các cộng đồng khoa học. Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào nhiệt kế những gì được sử dụng, áp lực, và nhiều điều kiện khác. Một số nhà vật lý thậm chí đã đi đến chỗ tin rằng việc mở rộng các chất khí không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ. Hoặc sự phụ thuộc này là không hoàn thành ...

Công việc của Dalton và Gay-Lussac

Các nhà vật lý đã tiếp tục tranh luận tự khàn hoặc đã từ bỏ việc đo lường, nếu không muốn nói Dzhon Dalton. Ông và một nhà vật lý Gay-Lussac, đồng thời độc lập với nhau đã có thể có được kết quả đo tương tự.

Lussac đã cố gắng để tìm ra nguyên nhân của một số lượng lớn như vậy kết quả khác nhau và ghi nhận rằng một số công cụ tại thời điểm kinh nghiệm là nước. Đương nhiên, trong quá trình sưởi ấm được chuyển thành hơi nước và thay đổi số lượng và thành phần của khí thử nghiệm. Vì vậy, điều đầu tiên khiến các nhà khoa học - được triệt để khô tất cả các công cụ, được sử dụng để thử nghiệm, và loại trừ khả năng thậm chí là một tỷ lệ phần trăm tối thiểu của độ ẩm của khí thử nghiệm. vài kinh nghiệm đầu tiên là quan trọng hơn sau khi tất cả những thao tác.

Dalton giải quyết vấn đề này dài hơn các đồng nghiệp của mình và công bố kết quả vào đầu rất của thế kỷ XIX. Nó không khí khô hơi acid sulfuric và rồi làm nóng. Sau một loạt các thí nghiệm, John đi đến kết luận rằng tất cả các khí và hơi nước được mở rộng bởi một yếu tố của 0,376. Lussac Chúng tôi đã nhận số 0375. Đây là kết quả của cuộc điều tra chính thức.

áp suất hơi nước

giãn nở nhiệt của khí phụ thuộc vào tính đàn hồi của họ, ví dụ: khả năng quay trở lại khối lượng ban đầu. Là người đầu tiên khám phá vấn đề là Ziegler ở giữa thế kỷ XVIII. Nhưng kết quả của thí nghiệm của ông là quá khác nhau. số liệu đáng tin cậy hơn là Dzheyms Uatt, được sử dụng cho nồi hơi nhiệt độ cao Papin, và cho thấp - phong vũ biểu.

Vào cuối của nhà vật lý người Pháp thế kỷ XVIII Prony cố gắng để đưa ra một công thức duy nhất mà sẽ mô tả tính đàn hồi của khí, nhưng nó bật ra rườm rà lẻ và khó sử dụng. Dalton đã quyết định thực nghiệm xác minh tất cả các tính toán, sử dụng một phong vũ biểu siphon. Mặc dù thực tế rằng nhiệt độ trong tất cả các thí nghiệm là như nhau, kết quả là rất chính xác. Vì vậy, ông xuất bản chúng dưới dạng một bảng trong một cuốn sách giáo khoa vật lý.

Các lý thuyết về sự bay hơi

giãn nở nhiệt của khí (ví dụ như lý thuyết vật lý) đã trải qua những thay đổi khác nhau. Các nhà khoa học đã cố gắng để có được các quy trình cốt lõi mà sản xuất hơi nước. Một lần nữa, chúng tôi đã ghi được một nhà vật lý nổi tiếng Dalton. Người ta phỏng đoán rằng bất kỳ không gian khí được bão hòa với hơi cho dù hiện tại trong hồ chứa (trong nhà) bất kỳ khí hoặc hơi khác. Do đó, chúng ta có thể kết luận rằng chất lỏng sẽ không bốc hơi chỉ tiếp xúc với không khí trong khí quyển.

cột của áp suất không khí trên bề mặt chất lỏng làm tăng khoảng cách giữa các nguyên tử, xé chúng ra xa nhau và bay hơi, tức là nó thúc đẩy sự hình thành của hơi nước. Tuy nhiên, cặp phân tử tiếp tục hoạt động lực hấp dẫn, vì vậy các nhà khoa học nghĩ rằng áp suất khí quyển không ảnh hưởng đến sự bay hơi của chất lỏng.

mở rộng các chất lỏng

chất lỏng giãn nở nhiệt điều tra song song với việc mở rộng các loại khí. nghiên cứu khoa học tham gia vào các nhà khoa học cùng. Để làm điều này, họ sử dụng một nhiệt kế aerometry, giao tàu và các công cụ khác.

Tất cả các thí nghiệm với nhau và độc lập đã bác bỏ lý thuyết của Dalton rằng chất lỏng đồng đều mở rộng theo tỷ lệ với bình phương của nhiệt độ mà tại đó họ được sưởi ấm. Tất nhiên, mối quan hệ cao hơn nhiệt độ, càng lớn khối lượng của chất lỏng, nhưng trực tiếp không phải là giữa chúng. Và tốc độ mở rộng cho tất cả các chất lỏng là khác nhau.

giãn nở nhiệt của nước, ví dụ, bắt đầu từ zero độ C và kéo dài với nhiệt độ giảm. Trước đây, những kết quả thực nghiệm kết hợp với thực tế là nước tự nó không mở rộng, và các container được giảm dần, trong đó nó nằm. Nhưng một thời gian sau, nhà vật lý DeLuca vẫn đi đến kết luận rằng nguyên nhân nên được tìm kiếm trong chất lỏng. Ông đã quyết định tìm ra nhiệt độ của mật độ tối đa của nó. Tuy nhiên, ông đã không thành công do bỏ bê một số chi tiết. Rumfort, người đã nghiên cứu hiện tượng này, phát hiện ra rằng mật độ tối đa của nước được quan sát trong khoảng từ 4 đến 5 độ C.

giãn nở nhiệt của các cơ quan

Trong chất rắn, cơ chế chính là thay đổi biên độ mở rộng của mạng tinh thể. Nói một cách đơn giản, các nguyên tử tạo nên vật chất và được gắn cứng giữa chúng, bắt đầu "lắc".

Luật của các cơ quan giãn nở nhiệt xây dựng như sau: bất kỳ cơ thể với một chiều L tuyến tính trong quá trình làm nóng trên dT (đồng bằng T - phần chênh lệch giữa nhiệt độ ban đầu và cuối cùng) mở rộng bằng một lượng dL (đồng bằng L - là một dẫn xuất của các hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính trong chiều dài của đối tượng và sự khác biệt nhiệt độ). Đây là phiên bản đơn giản nhất của pháp luật, mà theo mặc định sẽ đưa vào tài khoản mà cơ thể được mở rộng theo mọi hướng cùng một lúc. Nhưng đối với công việc thực tế sử dụng tính toán nhiều cồng kềnh hơn, vì trong thực tế, các tài liệu không cư xử như vật lý mô phỏng và toán học.

giãn nở nhiệt của đường sắt

Đối với đặt nền đường sắt luôn luôn thu hút được các nhà vật lý kỹ sư, vì họ có thể tính toán chính xác bao nhiêu khoảng cách nên được giữa các khớp của đường ray để sưởi ấm hoặc làm mát con đường không bị biến dạng.

Như đã đề cập ở trên, việc mở rộng tuyến tính nhiệt được áp dụng cho tất cả các chất rắn. Và đường ray cũng không ngoại lệ. Nhưng có một chi tiết. Ramp tự do xảy ra nếu cơ thể không bị ảnh hưởng bởi lực ma sát. Đường ray được cố định vào tà vẹt và đường ray được hàn để liền kề, do đó pháp luật, trong đó mô tả sự thay đổi trong chiều dài, cho phép khắc phục những trở ngại trong các hình thức hoạt động, và khả năng chống mông.

Nếu đường sắt không thể thay đổi chiều dài của nó, với một sự thay đổi về nhiệt độ nó tăng sự căng thẳng nhiệt, có thể một trong hai căng hoặc nén nó. Hiện tượng này được mô tả bởi luật Hooke của.