Wärmeausdehnung von Feststoffen und Flüssigkeiten

Es ist bekannt, dass unter der Einwirkung von Wärme Teilchen ihre zufällige Bewegung beschleunigen. Wenn Sie das Gas Wärme, die Moleküle es bildet, fliegen nur voneinander entfernt. Die erwärmte Flüssigkeit wird zunächst Zunahme des Volumens, und dann zu verdampfen beginnen. Und was wird mit Feststoffen passieren? Nicht jeder von ihnen kann seinen Aggregatzustand ändern.

Die thermische Ausdehnung: Definition

Thermische Expansion – eine Änderung in der Größe und Form der Körpertemperatur ändert. Mathematisch kann man den Volumenausdehnungskoeffizienten berechnen, so dass in sich ändernden äußeren Bedingungen das Verhalten von Gasen und Flüssigkeiten prognostizieren. Um die gleichen Ergebnisse für Feststoffe zu erhalten, ist es notwendig , zu berücksichtigen , die linearen Ausdehnungskoeffizienten. Physiker haben einen ganzen Abschnitt für diese Art der Forschung identifiziert und nannten es Dilatometrie.

Ingenieure und Architekten müssen Kenntnisse über das Verhalten der verschiedenen Materialien unter hohen und niedrigen Temperaturen für die Gestaltung von Gebäuden, Pflasterstraßen und Rohre.

Ausdehnung von Gasen

Wärmeausdehnung wird durch die Expansion von Gasen in dem Raumvolumen begleitet. Es sei darauf hingewiesen Naturphilosophen in alten Zeiten, aber mathematische Berechnungen passieren nur in der modernen Physik zu bauen.

Vor allem Wissenschaftler in den Ausbau der Luft interessiert, da es ihnen eine machbare Aufgabe zu sein schien. Sie sind so nehmen eifrig den Fall auf, was recht widersprüchliche Ergebnisse erhalten. Natürlich ein solches Ergebnis nicht die wissenschaftliche Gemeinschaft befriedigen. Die Genauigkeit der Messung hing davon ab, was wurde verwendet, Thermometer, Druck und viele andere Bedingungen. Einige Physiker haben sogar zu der Überzeugung gelangt, dass die Ausdehnung der Gase nicht auf Temperaturänderungen abhängt. Oder diese Abhängigkeit ist nicht vollständig …

Die Arbeit von Dalton und Homosexuell-Lussac

Die Physiker haben weiterhin sich heiser argumentieren , oder haben die Messung verlassen, wenn nicht Dzhon Dalton. Er und ein anderer Physiker Homosexuell-Lussac, zugleich unabhängig voneinander konnte die gleichen Messergebnisse erhalten.

Lussac wurde versucht, die Ursache einer so großen Anzahl von unterschiedlichen Ergebnissen zu finden und festgestellt, dass einige Instrumente zum Zeitpunkt der Erfahrung war das Wasser. Selbstverständlich während der Erwärmung in Dampf umgewandelt und veränderte Menge und Zusammensetzung des Testgases. Daher ist die erste Sache, die die Wissenschaftler gemacht – gründlich alle Werkzeuge trocknet, die für das Experiment verwendet wurde, und ausgeschlossen sogar einen minimalen Prozentsatz der Feuchtigkeit des Testgases. die ersten Erfahrungen waren signifikant nach all diesen Manipulationen.

Dalton behandelt dieses Problem länger als seine Kollegen und veröffentlichte die Ergebnisse in den Anfängen des XIX Jahrhunderts. Es Luft Dämpfe von Schwefelsäure getrocknet und dann erhitzt wird. Nach einer Reihe von Experimenten, kam John zu dem Schluss, dass alle Gase und Wasserdampf um den Faktor 0.376 erweitert werden. Lussac Wir haben Nummer 0375. Dies war das Ergebnis der offiziellen Untersuchung.

Wasserdampfdruck

Thermische Ausdehnung der Gase hängt von deren Elastizität, das heißt die Fähigkeit zum ursprünglichen Volumen zurückzukehren. Die erste, die Frage war Ziegler in der Mitte des achtzehnten Jahrhunderts zu erkunden. Aber die Ergebnisse seiner Experimente sind zu unterschiedlich. Verlässlichere Zahlen war Dzheyms Uatt, die für eine Hochtemperatur – Heizkessel Papin und Low verwendet wird – Barometer.

Am Ende des XVIII Jahrhundert Französisch Physiker Prony versucht, eine einzige Formel ableiten, die die Elastizität des Gases beschreiben würde, aber es stellte sich heraus, seltsam umständlich und schwierig zu bedienen. Dalton beschlossen, empirisch alle Berechnungen zu überprüfen, einen Siphon Barometer verwenden. Trotz der Tatsache, dass die Temperatur in allen Experimenten das gleiche war, waren die Ergebnisse sehr genau. So veröffentlichte er sie in Form einer Tabelle in einem Physikbuch.

Die Theorie der Verdampfungs

Thermische Ausdehnung von Gasen (wie beispielsweise physikalische Theorie) hat verschiedene Veränderungen erfahren. Wissenschaftler haben versucht, die Kernprozesse zu erhalten, den Dampf produzieren. Auch hier haben wir einen berühmten Physiker Dalton haben. Es wird vermutet, dass jedes Gasraum mit Dämpfen gesättigt wird, unabhängig davon, ob die in dem Reservoir (Innen) jedes andere Gas oder Dampf. Deshalb können wir schließen, dass die Flüssigkeit nicht nur in Kontakt mit der Umgebungsluft verdampfen kommt.

Säule von Luftdruck auf der Flüssigkeitsoberfläche erhöht den Abstand zwischen den Atomen, sie auseinander zu reißen und dem Verdampfen, das heißt, es fördert die Bildung von Dampf. Aber das Molekül Paar setzt die Schwerkraft zu arbeiten, so Wissenschaftler dachten, dass der Luftdruck nicht die Verdunstung von Flüssigkeiten nicht beeinträchtigt.

Expansion von Flüssigkeiten

Wärmeausdehnungs Flüssigkeiten parallel zu der Ausdehnung von Gasen untersucht. Die wissenschaftliche Forschung in den gleichen Wissenschaftler beschäftigt. Dazu benutzen sie ein Thermometer aerometry, kommunizierenden Gefäße und andere Werkzeuge.

Alle Experimente zusammen und einzeln widerlegten die Theorie von Dalton, dass einheitliche Flüssigkeit zu dem Quadrat der Temperatur im Verhältnis erweitert, an den sie erhitzt werden. Natürlich je höher die Temperatur, das Volumen der Flüssigkeit größer, aber die direkte Beziehung war zwischen ihnen nicht. Und die Expansionsrate für alle Flüssigkeiten war es anders.

Thermische Ausdehnung des Wassers, zum Beispiel, beginnt bei null Grad Celsius und erstreckt sich mit abnehmender Temperatur. Zuvor diese experimentellen Ergebnisse mit der Tatsache verbunden, dass das Wasser sich nicht dehnt, und der Behälter verjüngt, in dem er sich befindet. Aber einige Zeit später Physiker Deluca kommen noch zu dem Schluss, dass der Grund sollte in der Flüssigkeit eingeholt werden. Er entschied sich, die Temperatur seiner maximalen Dichte zu finden. Aber es gelang ihm nicht wegen ein paar Details zu vernachlässigen. Rumfort, die dieses Phänomen untersucht haben herausgefunden, dass die maximale Dichte des Wassers liegt im Bereich von 4 bis 5 Grad Celsius beobachtet.

Die thermische Ausdehnung von Körpern

In Feststoffen, ist der Hauptmechanismus, um die Amplitude der Expansion des Kristallgitters zu verändern. In einfachen Worten, die Atome, die das Material bilden und sind zwischen ihnen starr gekoppelt sind, beginnen zu „shake“.

Gesetz der Wärmeausdehnungskörper wie folgt formuliert: jeder Körper mit einer linearen Abmessung L in dem Erwärmungsprozess auf dT (delta T – die Differenz zwischen der Anfangstemperatur und endgültigen) erweitert, um einen Betrag dL (Delta L – ein Derivat des Koeffizienten der linearen thermischer Ausdehnung in der Länge des Objektes ist, und die Differenz Temperatur). Dies ist die einfachste Version des Gesetzes, das standardmäßig berücksichtigt, dass der Körper in alle Richtungen auf einmal erweitert wird. Aber für die praktische Arbeit mit vielen mühsamen Berechnungen, da in der Realität, die Materialien verhalten sich nicht als simulierte Physik und Mathematik.

Thermische Ausdehnung der Schiene

Für das Eisenbahngleis immer Physiker Ingenieure angezogen, da sie genau berechnen können, wie vielen Abstand zwischen den Gelenken der Schienen an dem Heiz- oder Kühlstrecke nicht verformt sein sollte.

Wie bereits oben erwähnt, die thermische Längenausdehnung anwendbar für alle Feststoffe genannt. Und Schienen war keine Ausnahme. Aber es gibt ein Detail. Rampe tritt frei, wenn der Körper nicht durch die Reibungskraft beeinflusst wird. Die Schienen sind an den Schwellen und Schienen befestigt sind, zu benachbarten verschweißt, so das Gesetz, das die Änderung der Länge beschreibt, ermöglicht die Hindernisse in Form des Laufens und Po Widerstand zu überwinden.

Wenn Schiene kann nicht seine Länge ändern, mit einer Änderung in der Temperatur erhöht sich die thermische Belastung, die entweder strecken oder komprimieren kann. Dieses Phänomen wird durch Hookeschen Gesetz beschrieben.