열팽창 증가 또는 물리적 개체 또는 기관을 거쳐 (예를 들면 길이 또는 볼륨과 같은) 다양한 메트릭 치수 변화된다. 이 과정은 재료 주변의 온도 상승으로 인해 발생합니다. 선형 팽창의 경우 이러한 변화는 한 차원에서만 발생합니다.
이 팽창 계수는 공정 전후의 크기 값을 비교하여 측정 할 수 있습니다. 일부 재료는 열팽창의 반대를 겪습니다. 즉, "음수"가됩니다. 이 개념은 일부 재료가 특정 온도에 노출 될 때 수축한다고 제안합니다.
물의 열팽창
고체의 경우 선형 팽창 계수가 팽창을 설명하는 데 사용됩니다. 반면 액체의 경우 부피 팽창 계수가 계산을 수행하는 데 사용됩니다.
결정화 된 고체의 경우 등각 투영이면 확장은 결정의 모든 차원에서 일반적입니다. 등각 투영이 아닌 경우 유리 전체에서 다른 팽창 계수를 찾을 수 있으며 온도가 변하면 크기가 변경됩니다.
열팽창 계수
열팽창 계수 (Y)는 온도 변화로 인해 재료가 통과하는 변화 반경으로 정의됩니다. 이 계수는 고체의 경우 α 기호, 액체의 경우 β로 표시되며 국제 단위계에 의해 안내됩니다.
열팽창 계수는 고체, 액체 또는 기체와 관련하여 다양합니다. 각각은 다른 특성을 가지고 있습니다.
예를 들어, 솔리드의 팽창은 길이를 따라 볼 수 있습니다. 체적 계수는 유체 측면에서 가장 기본적인 것 중 하나이며 변화는 모든 방향에서 주목할 만합니다. 이 계수는 가스의 팽창을 계산할 때도 사용됩니다.
부정적인 열팽창
부정적인 열팽창은 고온에서 크기가 증가하는 대신 저온으로 인해 수축하는 일부 재료에서 발생합니다.
이러한 유형의 열팽창은 일반적으로 일부 제올라이트, Cu2O 등에서 발생하는 것처럼 방향 상호 작용이 관찰되는 개방형 시스템에서 볼 수 있습니다.
마찬가지로, 일부 연구에 따르면 음의 열팽창은 콤팩트 한 형태의 단일 구성 요소 격자에서도 중심력 상호 작용을 통해 발생합니다.
음의 열팽창의 명확한 예는 물 한 컵에 얼음을 넣을 때 볼 수 있습니다. 이 경우 얼음 위의 액체의 고온은 크기를 증가시키지 않고 오히려 얼음의 크기를 감소시킵니다.
종류
물리적 물체의 팽창을 계산할 때 온도 변화에 따라 물체의 크기가 증가하거나 축소 될 수 있다는 점을 고려해야합니다.
일부 물체는 크기를 변경하기 위해 급격한 온도 변화가 필요하지 않으므로 계산에서 반환 된 값은 평균 일 가능성이 높습니다.
모든 공정과 마찬가지로 열팽창은 각 현상을 개별적으로 설명하는 여러 유형으로 나뉩니다. 고체의 경우 열팽창 유형은 선형 팽창, 체적 팽창 및 표면 팽창입니다.
선형 팽창
단일 변이가 선형 확장에서 우세합니다. 이 경우 변경되는 유일한 단위는 개체의 높이 또는 너비입니다.
이러한 유형의 팽창을 계산하는 쉬운 방법은 온도 변화 전의 크기 값을 온도 변화 후의 크기 값과 비교하는 것입니다.
체적 팽창
체적 팽창의 경우 온도 변화 전의 유체 부피와 온도 변화 후의 유체 부피를 비교하여 계산하는 방법입니다. 계산 공식은 다음과 같습니다.
표면 또는 면적 확장
표면 팽창의 경우 1 ° C에서의 온도 변화로 인해 신체 또는 물체의 면적 증가가 관찰됩니다.
이 확장은 고체에 적용됩니다. 선형 계수도 있으면 물체의 크기가 2 배 더 커질 것임을 알 수 있습니다. 계산 공식은 다음과 같습니다.
A f = A 0
이 표현에서 :
γ = 면적 확장 계수
A 0 = 초기 영역
A f = 최종 영역
T 0 = 초기 온도.
T f = 최종 온도
면적 확장과 선형 확장의 차이점은 첫 번째에서는 물체의 면적이 증가하는 것을 볼 수 있고 두 번째에서는 변화가 단일 단위 측정 (예 : 길이 또는 물리적 물체의 너비).
예
첫 번째 운동 (선형 확장)
강철로 만들어진 열차의 선로를 구성하는 레일의 길이는 1500m입니다. 온도가 24 ° C에서 45 ° C로 떨어질 때 경도는 얼마입니까?
해결책
데이터:
Lο (초기 길이) = 1500m
L f (최종 길이) =?
Tο (초기 온도) = 24 ° C
T f (최종 온도) = 45 ° C
α (강에 해당하는 선팽창 계수) = 11 x 10 -6 ° C -1
데이터는 다음 공식으로 대체됩니다.
그러나이 데이터를 방정식에 포함하려면 먼저 온도 차이 값을 알아야합니다. 이 차이를 달성하려면 최저 온도에서 최고 온도를 빼야합니다.
Δt = 45 ° C-24 ° C = 21 ° C
이 정보가 알려지면 이전 공식을 사용할 수 있습니다.
Lf = 1500m (1 + 21 ° C. 11 x 10-6 ° C -1 )
Lf = 1500m (1 + 2.31 x 10-4 )
Lf = 1500m (1,000231)
Lf = 1500.3465m
두 번째 운동 (표면 확장)
고등학교에서 유리 가게는 온도가 21 ° C이면 1.4m ^ 2의 면적을 가지고 있습니다. 온도가 35 ° C로 증가함에 따라 최종 면적은 얼마입니까?
해결책
Af = A0
Af = 1.4m 2 204.4 x 10 -6 ]
Af = 1.4m 2 . 1,0002044
Af = 1.40028616 m 2
왜 팽창이 발생합니까?
모든 물질이 다양한 아 원자 입자로 구성되어 있다는 것을 누구나 알고 있습니다. 온도를 높이거나 낮추어 온도를 변경함으로써이 원자들은 물체의 모양을 수정할 수있는 운동 과정을 시작합니다.
온도가 상승하면 운동 에너지의 증가로 분자가 빠르게 움직이기 시작하여 물체의 모양이나 부피가 증가합니다.
음의 온도의 경우 반대가 발생합니다.이 경우 낮은 온도로 인해 물체의 부피가 수축하는 경향이 있습니다.
참고 문헌
- 선형, 표면 및 체적 확장-운동. Fisimat에서 2018 년 5 월 8 일에 복구 됨 : fisimat.com.mx
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