Ekspansi termal padatan dan cairan

Hal ini diketahui bahwa di bawah tindakan partikel panas mempercepat gerakan acak. Jika Anda memanaskan gas, molekul merupakan itu, hanya terbang jauh dari satu sama lain. Cairan dipanaskan adalah kenaikan pertama dalam volume, dan kemudian mulai menguap. Dan apa yang akan terjadi dengan padatan? Tidak setiap salah satu dari mereka bisa mengubah keadaan mereka agregasi.

ekspansi termal: Definisi

ekspansi termal - perubahan dalam ukuran dan bentuk perubahan suhu tubuh. Secara matematis, kita dapat menghitung koefisien ekspansi volume, yang memungkinkan untuk memprediksi perilaku gas dan cairan dalam mengubah kondisi eksternal. Untuk mendapatkan hasil yang sama untuk padatan, perlu untuk memperhitungkan koefisien ekspansi linear. Fisikawan telah mengidentifikasi seluruh bagian untuk jenis penelitian dan menyebutnya dilatometry.

Insinyur dan arsitek membutuhkan pengetahuan tentang perilaku dari berbagai bahan di bawah suhu tinggi dan rendah untuk desain bangunan, paving jalan dan pipa.

ekspansi gas

ekspansi termal disertai dengan ekspansi gas dalam volume ruang. Ini dicatat naturalis-filsuf di zaman kuno, tetapi untuk membangun perhitungan matematis terjadi hanya dalam fisika modern.

Pertama-tama para ilmuwan tertarik dalam perluasan udara, karena tampaknya mereka tugas layak. Mereka begitu tekun mengambil kasus, yang menerima hasil yang cukup bertentangan. Tentu, hasil seperti itu tidak memuaskan masyarakat ilmiah. Akurasi pengukuran tergantung pada termometer apa yang digunakan, tekanan, dan kondisi lainnya. Beberapa fisikawan bahkan telah datang untuk percaya bahwa ekspansi gas tidak tergantung pada perubahan suhu. Atau ketergantungan ini tidak lengkap ...

Karya Dalton dan Gay-Lussac

Fisikawan telah terus berdebat sendiri serak atau telah ditinggalkan pengukuran, jika tidak Dzhon Dalton. Dia dan fisikawan lain Gay-Lussac, pada saat yang sama secara independen satu sama lain bisa mendapatkan hasil pengukuran yang sama.

Lussac sedang berusaha mencari penyebab seperti sejumlah besar hasil yang berbeda dan mencatat bahwa beberapa instrumen pada saat pengalaman itu air. Tentu, selama pemanasan berubah menjadi uap dan berubah kuantitas dan komposisi gas tes. Oleh karena itu, hal pertama yang membuat ilmuwan - yang benar-benar kering semua alat yang digunakan untuk percobaan, dan mengesampingkan bahkan persentase minimal kelembaban gas tes. beberapa pengalaman pertama yang lebih signifikan setelah semua manipulasi.

Dalton berurusan dengan masalah ini lebih lama dari rekan-rekannya dan menerbitkan hasil di awal abad XIX. Ini udara kering uap asam sulfat dan kemudian memanaskannya. Setelah serangkaian percobaan, John sampai pada kesimpulan bahwa semua gas dan uap diperluas dengan faktor 0,376. Lussac Kami mendapat nomor 0375. Ini adalah hasil dari penyelidikan resmi.

Tekanan uap air

ekspansi termal dari gas tergantung pada elastisitas mereka, yaitu kemampuan untuk kembali ke volume awalnya. Yang pertama untuk mengeksplorasi masalah ini Ziegler di pertengahan abad kedelapan belas. Namun hasil eksperimennya terlalu berbeda. angka lebih dapat diandalkan adalah Dzheyms Uatt, yang digunakan untuk suhu tinggi boiler Papin, dan untuk rendah - barometer.

Pada akhir fisikawan Perancis abad XVIII Prony berusaha untuk mendapatkan formula tunggal yang akan menggambarkan elastisitas gas, tapi ternyata rumit aneh dan sulit untuk digunakan. Dalton memutuskan untuk secara empiris memverifikasi semua perhitungan, menggunakan barometer siphon. Terlepas dari kenyataan bahwa suhu di semua percobaan adalah sama, hasil yang sangat akurat. Jadi ia menerbitkan mereka dalam bentuk tabel dalam buku teks fisika.

Teori penguapan

ekspansi termal gas (seperti teori fisik) telah mengalami berbagai perubahan. Para ilmuwan telah mencoba untuk sampai ke proses inti yang menghasilkan uap. Di sini sekali lagi, kami telah mencetak fisikawan terkenal Dalton. Hal ini menduga bahwa setiap ruang gas jenuh dengan uap terlepas dari apakah hadir dalam reservoir (indoor) setiap gas atau uap lainnya. Oleh karena itu, kita dapat menyimpulkan bahwa cairan tidak akan menguap hanya datang ke dalam kontak dengan udara atmosfer.

kolom tekanan udara pada permukaan cairan meningkatkan ruang antara atom, merobek mereka terpisah dan menguap, yaitu mempromosikan pembentukan uap. Tapi pasangan molekul terus beroperasi gaya gravitasi, sehingga para ilmuwan berpikir bahwa tekanan atmosfer tidak mempengaruhi penguapan cairan.

ekspansi cairan

Cairan ekspansi termal diselidiki secara paralel dengan ekspansi gas. penelitian ilmiah yang terlibat dalam ilmuwan yang sama. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan aerometry termometer, berkomunikasi kapal dan alat-alat lain.

Semua eksperimen bersama-sama dan secara individual membantah teori Dalton bahwa cairan seragam mengembang sebanding dengan kuadrat dari suhu di mana mereka dipanaskan. Tentu saja, semakin tinggi suhu, semakin besar volume cairan, tetapi langsung hubungan tidak di antara mereka. Dan tingkat ekspansi untuk semua cairan berbeda.

ekspansi termal air, misalnya, dimulai pada nol derajat Celcius dan meluas dengan menurunnya suhu. Sebelumnya, ini hasil eksperimen terkait dengan fakta bahwa air itu sendiri tidak berkembang, dan wadah meruncing, di mana ia berada. Namun beberapa waktu kemudian, fisikawan Deluca masih sampai pada kesimpulan bahwa alasan harus dicari dalam cairan. Dia memutuskan untuk menemukan suhu kepadatan maksimum. Namun, ia tidak berhasil karena mengabaikan beberapa rincian. Rumfort, yang telah mempelajari fenomena ini, menemukan bahwa kepadatan maksimum air diamati di kisaran 4 sampai 5 derajat Celcius.

ekspansi termal tubuh

Dalam padatan, mekanisme utama adalah untuk mengubah amplitudo ekspansi kisi kristal. Dengan kata sederhana, atom-atom yang membentuk materi dan kaku ditambah antara mereka, mulai "goyang".

Hukum tubuh ekspansi termal dirumuskan sebagai berikut: badan dengan dimensi L linear dalam proses pemanasan pada dT (delta T - perbedaan antara suhu awal dan akhir) diperluas dengan jumlah dL (delta L - merupakan turunan dari koefisien ekspansi termal linier panjang dari objek dan perbedaan suhu). Ini adalah versi sederhana dari hukum, yang secara default memperhitungkan bahwa tubuh diperluas ke segala arah sekaligus. Tapi untuk kerja praktek menggunakan perhitungan jauh lebih rumit, karena pada kenyataannya, bahan tidak berperilaku fisika sebagai simulasi dan matematika.

ekspansi termal dari rel

Untuk peletakan jalur kereta api selalu menarik fisikawan insinyur, karena mereka dapat menghitung dengan tepat berapa banyak jarak harus antara sendi rel untuk pemanasan atau pendinginan jalan tidak cacat.

Seperti yang sudah disebutkan di atas, ekspansi linear termal berlaku untuk semua padatan. Dan rel tidak terkecuali. Tapi ada satu detail. Ramp bebas terjadi jika tubuh tidak terpengaruh oleh gaya gesekan. Rel tetap ke tidur dan rel dilas untuk berdekatan, sehingga hukum, yang menggambarkan perubahan panjang, memungkinkan untuk mengatasi hambatan dalam bentuk berjalan, dan resistensi pantat.

Jika rel tidak dapat mengubah panjangnya, dengan perubahan suhu itu meningkatkan stres termal, yang baik dapat meregangkan atau kompres itu. Fenomena ini dijelaskan oleh hukum Hooke.