التمدد الحراري للمواد الصلبة والسوائل

ومن المعروف أن إطار العمل من الجسيمات الحرارة تسريع حركتها عشوائية. إذا كنت تسخين الغاز، والجزيئات التي تشكل عليه، فقط تطير بعيدا عن بعضها البعض. السائل ساخنة هو أول زيادة في حجم، ثم تبدأ لتتبخر. وماذا سيحدث مع المواد الصلبة؟ ليس كل واحد منهم يمكن أن تغير حالتهم التجميع.

التمدد الحراري: تعريف

التمدد الحراري - تغير في حجم وشكل تغيرات درجة حرارة الجسم. رياضيا، يمكن للمرء حساب معامل التمدد الحجم، مما يسمح للتنبؤ بسلوك من الغازات والسوائل في تغيير الظروف الخارجية. للحصول على نفس النتائج للمواد الصلبة، فمن الضروري أن تأخذ في الاعتبار معامل التمدد الطولي. وقد حدد علماء الفيزياء قسم كامل لهذا النوع من البحوث ويطلق عليه dilatometry.

المهندسين والمهندسين المعماريين تحتاج المعرفة حول سلوك المواد المختلفة تحت درجات الحرارة العالية والمنخفضة لتصميم المباني ورصف الطرق والأنابيب.

تمدد الغازات

ويرافق التمدد الحراري عن طريق التوسع في الغازات في حجم الفضاء. الجدير بالذكر الطبيعة الفلاسفة في العصور القديمة، ولكن لبناء حسابية يحدث فقط في الفيزياء الحديثة.

أولا وقبل كل العلماء المهتمين في التوسع في الهواء، كما بدا لهم مهمة ممكنة. إنهم استغرق وقتا بحماسة في القضية، والذي حصل على نتائج متناقضة تماما. وبطبيعة الحال، هذه النتيجة لا ترضي المجتمع العلمي. دقة القياس تعتمد على الحرارة ما تم استخدامه، والضغط، والعديد من الشروط الأخرى. حتى بعض علماء الفيزياء قد حان للاعتقاد بأن التوسع في الغازات لا يعتمد على التغيرات في درجات الحرارة. أو هذا الاعتماد ليست كاملة ...

عمل دالتون وغاي لوساك

واصل علماء الفيزياء أن يجادل أنفسهم أجش أو قد تخلت عن القياس، إن لم يكن دزون دالتون. ووفيزيائي آخر غاي لوساك، في نفس الوقت بشكل مستقل عن بعضها البعض تمكنوا من الحصول على نتائج القياس نفسها.

ووساك محاولة للعثور على سبب هذا العدد الكبير من نتائج مختلفة، وأشار إلى أن بعض الأدوات في وقت كانت التجربة الماء. وبطبيعة الحال، يتم تحويل أثناء التسخين إلى بخار وتغير كمية وتركيبة الغاز الاختبار. ولذلك، فإن أول شيء التي جعلت من العالم - وتجف تماما كل الأدوات التي استخدمت في التجربة، واستبعدت حتى نسبة ضئيلة من الرطوبة من الغاز الاختبار. كانت التجارب القليلة الأولى أكثر أهمية بعد كل هذه التلاعبات.

التعامل مع هذه القضية دالتون أطول من زملائه ونشرت النتائج في بداية القرن التاسع عشر. ومن الهواء المجفف أبخرة حامض الكبريتيك ثم تسخينه. وبعد سلسلة من التجارب، جاء يوحنا إلى استنتاج مفاده أن جميع الغازات وبخار يتم توسيع بمعامل 0.376. وساك حصلنا على رقم 0375. وكانت هذه هي نتيجة التحقيق الرسمي.

ضغط بخار الماء

التمدد الحراري للغازات يعتمد على مرونتها، أي القدرة على العودة إلى حجمه الأصلي. أول لاستكشاف هذه القضية كان زيغلر في منتصف القرن الثامن عشر. لكن نتائج تجاربه مختلفة جدا. وكانت الأرقام أكثر موثوقية Dzheyms Uatt، والذي يستخدم لارتفاع درجة حرارة المرجل بابان، ولانخفاض - مقياسا.

في نهاية الفيزيائي الفرنسي القرن الثامن عشر حاول بروني لاشتقاق صيغة واحدة أن أصف مرونة من الغاز، ولكن اتضح مرهقة غريبة ويصعب استخدامها. قررت دالتون للتحقق تجريبيا كل الحسابات، وذلك باستخدام مقياس سيفون. على الرغم من أن درجة الحرارة في جميع التجارب كانت هي نفسها، وكانت النتائج واضحة للغاية. حتى انه نشرها في شكل جدول في كتاب مدرسي الفيزياء.

نظرية التبخر

شهدت التمدد الحراري للغازات (مثل نظرية المادية) التغييرات المختلفة. وقد حاول العلماء للوصول الى العمليات الأساسية التي تنتج البخار. هنا مرة أخرى، لدينا سجل الفيزيائي الشهير دالتون. وتكهنت بأن أي مساحة الغاز مشبعة مع الأبخرة بغض النظر عن ما إذا كانت موجودة في الخزان (داخلي) أي غاز أو بخار الآخرين. لذلك، يمكننا أن نستنتج من شأنها أن السائل لا تتبخر فقط يأتي في اتصال مع الهواء الجوي.

عمود ضغط الهواء على سطح السائل يزيد من المسافة بين الذرات، وتمزيق بعضها البعض وانحسار، أي أنه يشجع على تشكيل البخار. لكن الزوج جزيء تزال تعمل قوة الجاذبية، لذلك يعتقد العلماء أن الضغط الجوي لا يؤثر على تبخر السوائل.

التوسع في السوائل

السوائل التمدد الحراري التحقيق بالتوازي مع التوسع في الغازات. البحث العلمي تعمل في نفس العلماء. للقيام بذلك، فإنها تستخدم aerometry الحرارة، والتواصل السفن وغيرها من الأدوات.

كل التجارب معا وبشكل فردي دحض نظرية دالتون أن السائل موحد يوسع بما يتناسب مع مربع من درجة الحرارة التي يتم تسخينها. وبطبيعة الحال، فإن ارتفاع درجة الحرارة، وزيادة حجم السائل، ولكن مباشرة العلاقة بينهما لا. وكان معدل التوسع لجميع سوائل مختلفة.

التمدد الحراري للمياه، على سبيل المثال، يبدأ في صفر درجة مئوية، ويمتد مع انخفاض في درجات الحرارة. سابقا، فإن هذه النتائج التجريبية المرتبطة مع حقيقة أن الماء في حد ذاته لا تتوسع، ومدبب الحاوية، التي يقع فيها. ولكن بعض الوقت في وقت لاحق، الفيزياء ديلوكا لا تزال تأتي إلى استنتاج مفاده أن السبب ينبغي السعي في السائل. قرر أن تجد درجة الحرارة القصوى كثافته. ومع ذلك، قال انه لم ينجح يرجع إلى إهمال بعض التفاصيل. وجدت Rumfort، الذي درس هذه الظاهرة، أن الكثافة القصوى من المياه لوحظ في حدود 4-5 درجات مئوية.

التمدد الحراري للهيئات

في المواد الصلبة، والآلية الرئيسية هي تغيير السعة من توسيع الشبكة البلورية. في كلمات بسيطة، فإن الذرات التي تشكل مادة وتقترن بشكل صارم بينهما، تبدأ ب "زعزعة".

قانون الهيئات التمدد الحراري صياغتها على النحو التالي: أي الجسم مع L الخطي البعد في عملية التسخين على DT (دلتا T - الفرق بين درجة الحرارة الأولية والنهائية) توسيع بمبلغ ديسيلتر (دلتا L - هو مشتق من معامل التمدد الحراري الطولي في طول الجسم والفرق درجة الحرارة). هذا هو أبسط نسخة من القانون، والتي افتراضيا يأخذ بعين الاعتبار أن يتم توسيع الجسم في كل الاتجاهات في وقت واحد. ولكن للعمل عملي باستخدام حسابات أكثر تعقيدا من ذلك بكثير، لأنه في الواقع، والمواد لا تتصرف الفيزياء كما محاكاة والرياضيات.

التمدد الحراري للسكك الحديدية

لوضع خط السكة الحديد قد جذبت دائما الفيزيائيين والمهندسين، وأنها يمكن أن تحسب بالضبط كيف ينبغي أن يكون الكثير من المسافة بين مفاصل القضبان إلى التدفئة أو التبريد مسار لا مشوه.

كما سبق ذكره أعلاه، التمدد الخطي الحراري ينطبق على جميع المواد الصلبة. وكانت القضبان دون استثناء. ولكن هناك واحد من التفصيل. يحدث منحدر بحرية إذا كان لا يتأثر الجسم عن طريق قوة الاحتكاك. يتم إصلاح القضبان إلى النائمين ويتم لحام القضبان لالمجاورة، وبالتالي فإن القانون الذي يصف التغير في طول، يسمح للتغلب على العقبات في شكل التوالي، ومقاومة بعقب.

إذا السكك الحديدية لا يمكن تغيير طولها، مع تغير في درجة الحرارة لأنه يزيد من الإجهاد الحراري، والتي يمكن إما تمدد أو ضغط عليه. يتم وصف هذه الظاهرة من قبل قانون هوك.