A expansão térmica de sólidos e líquidos

Sabe-se que sob a acção de calor partículas acelerar o seu movimento aleatório. Se você aquecer o gás, as moléculas que a constituem, apenas voar longe um do outro. O líquido aquecido é primeiro aumento do volume, e, em seguida, começa a evaporar. E o que vai acontecer com sólidos? Não cada um deles pode mudar o seu estado de agregação.

A expansão térmica: Definição

A expansão térmica – uma alteração no tamanho e na forma de alterações da temperatura corporal. Matematicamente, pode-se calcular o coeficiente de expansão de volume, o que permite prever o comportamento de gases e líquidos na alteração das condições externas. Para obter os mesmos resultados para sólidos, é necessário ter em conta o coeficiente de expansão linear. Os físicos identificaram uma seção inteira para este tipo de pesquisa e chamou-lhe dilatometria.

Engenheiros e arquitectos precisa de conhecimento sobre o comportamento de vários materiais sob altas e baixas temperaturas para a concepção de edifícios, pavimentação de estradas e tubos.

expansão de gases

A expansão térmica é acompanhada por expansão dos gases no volume de espaço. Ele observou naturalistas-filósofos em tempos antigos, mas para construir cálculos matemáticos acontecer somente na física moderna.

Primeiro de todos os cientistas interessados na expansão do ar, como pareceu-lhes uma tarefa viável. Eles são tão zelosamente assumiu o caso, que recebeu resultados bastante contraditórios. Naturalmente, tal resultado não satisfaz a comunidade científica. Precisão de medição dependia termómetro que foi usado, a pressão, e muitas outras condições. Alguns físicos têm mesmo vindo a acreditar que a expansão dos gases não depende de mudanças de temperatura. Ou essa dependência não é completa …

O trabalho de Dalton e Gay-Lussac

Os físicos continuaram a discutir-se rouca ou abandonaram a medição, se não Dzhon Dalton. Ele e outro físico Gay-Lussac, ao mesmo tempo, independentemente um do outro foram capazes de obter os mesmos resultados de medição.

Lussac estava tentando encontrar a causa de um número tão grande de resultados diferentes e observou que alguns instrumentos no momento da experiência foi a água. Naturalmente, durante o aquecimento é transformada em vapor e mudado quantidade e composição do gás de ensaio. Portanto, a primeira coisa que fez o cientista – está completamente seco todas as ferramentas, que foram utilizados para o experimento, e descartou até mesmo uma percentagem mínima de umidade do gás de teste. as primeiras experiências foram mais significativas depois de todas essas manipulações.

Dalton tratou esta questão mais do que seus colegas e publicou os resultados no início do século XIX. É seco ao ar vapores de ácido sulfúrico e, em seguida, aquecendo-o. Depois de uma série de experimentos, John chegou à conclusão de que todos os gases e vapor é expandido por um fator de 0.376. Lussac Temos número 0.375. Este foi o resultado da investigação oficial.

pressão de vapor de água

A expansão térmica dos gases depende da sua elasticidade, isto é, a capacidade de retornar para o volume original. O primeiro a explorar a questão foi Ziegler no meio do século XVIII. Mas os resultados de seus experimentos são muito diferentes. Números mais fiáveis estava Dzheyms Uatt, que é usado para caldeiras de alta temperatura Papin, e para baixo – barómetro.

No final do físico francês do século XVIII Prony tentou derivar uma única fórmula que descreveria a elasticidade do gás, mas descobriu-se complicado estranho e difícil de usar. Dalton decidiu verificar empiricamente todos os cálculos, usando um barômetro de sifão. Apesar do fato de que a temperatura em todos os experimentos foi o mesmo, os resultados foram muito precisos. Então, ele as publicou na forma de uma tabela em um livro de física.

A teoria de evaporação

A expansão térmica de gases (tais como a teoria física) foi submetido a várias alterações. Os cientistas têm tentado chegar aos principais processos que produzem vapor. Aqui, novamente, temos marcou um físico famoso Dalton. conjecturado-se que qualquer espaço de gás é saturada com vapores independentemente de se presente no reservatório (interior) qualquer outro gás ou vapor. Portanto, podemos concluir que o líquido não irá evaporar apenas entra em contacto com o ar atmosférico.

coluna de pressão do ar sobre a superfície do líquido aumenta o espaço entre os átomos, as destroçar e evaporação, isto é, que promove a formação de vapor. Mas o par molécula continua a operar a força da gravidade, de modo que os cientistas pensavam que a pressão atmosférica, não afecta a evaporação de líquidos.

expansão de líquidos

líquidos expansão térmica investigada em paralelo com a expansão dos gases. A investigação científica envolvidos nos mesmos cientistas. Para fazer isso, eles usam um aerometry termômetro, vasos comunicantes e outras ferramentas.

Todas as experiências em conjunto e individualmente refutado a teoria de que Dalton uniforme de fluido expande em proporção ao quadrado da temperatura à qual eles são aquecidos. Naturalmente, quanto maior for a temperatura, maior o volume de fluido, mas a relação directa não estava entre eles. E a taxa de expansão para todos os fluidos era diferente.

A expansão térmica da água, por exemplo, começa em zero graus Celsius e estende-se com a diminuição da temperatura. Anteriormente, estes resultados experimentais associados com o facto da própria água não se expande, e o recipiente é cónica, na qual ele está localizado. Mas algum tempo depois, o físico Deluca ainda chegado à conclusão de que a razão deve ser procurada no líquido. Ele decidiu encontrar a temperatura de sua densidade máxima. No entanto, ele não teve êxito devido a negligenciar alguns detalhes. Rumfort, que estudou a este fenómeno, descobriram que a densidade máxima de água é observada na gama de 4 a 5 graus Celsius.

A expansão térmica dos corpos

Em sólidos, o mecanismo principal é a de modificar a amplitude de expansão da rede cristalina. Em palavras simples, os átomos que compõem o material e são rigidamente acoplados entre eles, começar a "sacudir".

Lei de corpos de expansão térmica formuladas da seguinte forma: todo o corpo com uma dimensão linear L no processo de aquecimento em dT (delta T – a diferença entre a temperatura inicial e final) expandido por uma quantidade dl (delta L – é um derivado do coeficiente de dilatação térmica linear de comprimento do objecto e a diferença temperatura). Esta é a versão mais simples da lei, que por padrão leva em conta que o corpo é expandido em todas as direções ao mesmo tempo. Mas para o trabalho prático utilizando cálculos muito mais complicados, uma vez que, na realidade, os materiais não se comportam física como simulado e matemática.

A expansão térmica do trilho

Para colocar a linha férrea sempre atraiu engenheiros físicos, uma vez que pode calcular exatamente quanto distância deve ser entre as juntas dos trilhos para o aquecimento ou arrefecimento caminho não está deformada.

Como já foi mencionado acima, a expansão térmica linear aplicável para todos os sólidos. E os trilhos não foi excepção. Mas há um detalhe. Rampa ocorre livremente se o corpo não é afectado pela força de atrito. Os trilhos são fixados às travessas e carris são soldadas ao lado, por isso a lei, que descreve a mudança no comprimento, permite a superação de obstáculos na forma de execução, e resistência bunda.

Se ferroviário não pode alterar o seu comprimento, com uma mudança de temperatura que aumenta o stress térmico, que pode alongar-se ou comprimir-lo. Este fenômeno é descrito pela lei de Hooke.