Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- Bővítés alkalmazása a fizikában
- A szilárd anyagok hőtágulásának alkalmazása a mindennapi életben
- Hőtágulás a termodinamikából
- Tenzorok a bővítésben
- Bővítés és összehúzódás alkalmazása
- A tágulás előmelegítés hőmérséklete
- Az anyagok hőtágulási variációja
- Termikus expanzió az anyag állapota szerint
A vasutak és hidak számára tágulási illesztésekre lehet szükség. A fém melegvíz fűtési csöveket nem szabad hosszú, lineáris hosszúságban használni. A szkennelő elektronikus mikroszkópoknak érzékelniük kell a hőmérsékleti változásokat, hogy megváltoztassák a helyzetüket a fókuszpontjukhoz viszonyítva. A folyékony hőmérők higanyt vagy alkoholt használnak, tehát csak egy irányban áramolnak, amikor a folyadék hőmérsékleti változások miatt tágul. E példák mindegyike bemutatja, hogyan terjednek az anyagok hőhatás közben.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
A szilárd anyag lineáris tágulása hőmérséklet-változás hatására Δℓ / ℓ = ΔΔT segítségével mérhető, és alkalmazható a szilárd anyagok kiterjedése és összehúzódása szempontjából a mindennapi életben. Az a törzs, amelyen az objektum átesik, kihatással van a mérnöki munkára, amikor tárgyakat illesztenek egymáshoz.
Bővítés alkalmazása a fizikában
Amikor a szilárd anyag a hőmérséklet növekedésével (hőtágulással) növekszik, hosszabbodhat egy lineáris expanziónak nevezett eljárásban.
ℓ hosszúságú szilárd anyag esetén meg lehet mérni az ΔT hőmérséklet-változás miatti hosszbeli különbséget, hogy meghatározzuk az α-ot, a szilárd anyag hőtágulási együtthatóját az egyenlet szerint: Δℓ / ℓ = ΔΔT például a kiterjesztés és a zsugorodás alkalmazására.
Ez az egyenlet azonban azt feltételezi, hogy a nyomás változása elhanyagolható egy kis frakcionált hosszváltozásnál. Ezt az Δℓ / ℓ arányt anyagi törzsnek is nevezik, amelyet ϵ-nek nevezünktermikus. A feszültség, amely a stresszre reagál, deformálódhat.
Használhatja a Mérnöki eszközkészletek lineáris kiterjesztési együtthatóit az anyag tágulási arányának az anyag mennyiségéhez viszonyított arányának meghatározásához. Meg tudja mondani, hogy egy anyag mennyire tágul meg, az alapján, hogy mennyi az anyagod van, valamint azt, hogy mekkora hőmérsékleti változást alkalmaz a fizikában a tágulás alkalmazásához.
A szilárd anyagok hőtágulásának alkalmazása a mindennapi életben
Ha szűk edényt szeretne kinyitni, forró víz alatt futtathatja, hogy kissé kibővítse a fedelet és megkönnyítse a kinyitását. Ennek oka az, hogy amikor az anyagok, például szilárd anyagok, folyadékok vagy gázok hevítésre kerülnek, az átlaguk a molekuláris kinetikus energia növekszik. Az anyagban rezegő atomok átlagos energiája növekszik. Ez növeli az atomok és a molekulák közötti szétválasztást, ami az anyagot megnöveli.
Noha ez fázisváltozásokat idézhet elő, például a jég vízbeolvadását, a hőtágulás általában a hőmérséklet-emelkedés közvetlen eredménye. Ennek leírására a hőtágulási lineáris együtthatót használja.
Hőtágulás a termodinamikából
Az anyagok ezeknek a kémiai változásoknak köszönhetően tágulhatnak vagy összehúzódhatnak, és a kis méretű kémiai és termodinamikai folyamatok nagymértékű változását idézhetik elő, ugyanúgy, mint a hidak és az épületek extrém hő hatására. A mérnöki munka során megmérheti egy szilárd anyag hosszának hőtágulása következtében történt változását.
Anizotróp anyags, amelyek anyaga különböző irányok között változik, az iránytól függően eltérő lineáris tágulási együtthatók lehetnek. Ezekben az esetekben tenzorokkal lehet leírni a hőtágulást tenzorként, egy mátrixként, amely mindkét irányban leírja a hőtágulási együtthatót: x, y és z.
Tenzorok a bővítésben
polikristályos Azok az anyagok, amelyek üvegből állnak, közel nulla mikroszkópos hőtágulási együtthatóval, nagyon hasznosak tűzálló anyagoknál, például kemencéknél és égetőknél. A tenzorok leírhatják ezeket az együtthatókat azáltal, hogy megszámolják a különféle lineáris tágulási irányokat ezekben az anizotróp anyagokban.
A Cordierite, egy szilikát anyag, amelynek egy pozitív hőtágulási együtthatója van, és egy negatív, tehát tenzora lényegében nulla térfogatváltozást ír le. Ez ideális anyaggá teszi a tűzálló anyagok számára.
Bővítés és összehúzódás alkalmazása
Egy norvég régész elmélete szerint a vikingek a kordierit hogy segítsen nekik a tengerekben évszázadok óta navigálni. Izlandon, nagy, átlátszó kordierit kristályokkal, olyan kordieritből készült napköveket használtak, amelyek csak a kristály bizonyos irányaiban irányíthatják a fényt bizonyos irányba, hogy felhős, borús napokon navigálhassanak. Mivel a kristályok hossza még az alacsony hőtágulási együttható mellett is kiterjedne, élénk színűek.
A mérnököknek fontolóra kell venniük, hogy az objektumok hogyan tágulnak és összehúzódnak, amikor olyan építményeket terveznek, mint épületek és hidak. A földmérések távolságának mérésekor vagy forró anyagok öntőformáinak és tartályainak tervezésekor figyelembe kell venniük, hogy a föld vagy egy üveg mekkora mértékben terjedhet az általuk tapasztalt hőmérsékletváltozásokra reagálva.
Termosztátok támaszkodjon két különféle vékony fémcsík bimetálcsíkjaira, amelyek egymásra vannak helyezve, így az egyik a hőmérséklet változása miatt sokkal jelentősebb mértékben kinyúlik, mint a másik. Ennek következtében a szalag meghajlik, és amikor ez megtörténik, bezárja az elektromos áramkör hurkot.
Ennek következtében a légkondicionáló elindul, és a termosztátok értékeinek megváltoztatásával megváltozik az áramkört lezáró szalag közötti távolság. Amikor a külső hőmérséklet eléri a kívánt értéket, a fém összekapcsolja az áramkört és leállítja a légkondicionálót. Ez a kiterjesztés és az összehúzódás sok példakénti felhasználása.
A tágulás előmelegítés hőmérséklete
A fémkomponensek 150 ° C és 300 ° C közötti előmelegítésekor széthúzódnak, így behelyezhetők egy másik rekeszbe, ezt az eljárást indukciós zsugorodási illesztésnek hívják. Az UltraFlex Power Technologies módszerének része az indukciós zsugorodásnak megfelelő teflonszigetelés huzalra történő felszerelése, rozsdamentes acélcső 350 ° C-ra történő melegítésével indukciós tekercs segítségével.
A hőtágulással mérhetők a szilárd anyagok telítettsége a gázok és a folyadékok között, amelyeket az idővel felszív. Beállíthat egy kísérletet a szárított blokk hosszának mérésére, mielőtt és után hagyta, hogy az idővel felszívja a vizet. A hossz változása megadhatja a hőtágulási együtthatót. Ez gyakorlati felhasználást jelent annak meghatározására, hogy az épületek miként terjednek az idő múlásával, amikor levegőnek vannak kitéve.
Az anyagok hőtágulási variációja
A lineáris hőtágulási együtthatók az anyag olvadáspontjának inverzében változnak. A magasabb olvadáspontú anyagok alacsonyabb lineáris hőtágulási együtthatókkal rendelkeznek. A számok körülbelül 400 K kéntől a kb. 3700 wolframig terjednek.
A hőtágulási együttható maga az anyag hőmérsékletétől is függ (különösen az üvegátmeneti hőmérsékletet meghaladták-e), az anyag szerkezetét és alakját, a kísérletben részt vevő adalékanyagokat és a potenciális térhálósodást az anyag.
Amorf polimerek, a kristályos szerkezetek nélküli hajók általában alacsonyabb hőtágulási együtthatókkal rendelkeznek, mint a félkristályosak. Az üveg közül a nátrium-kalcium-szilícium-oxid üveg vagy a nátrium-mész-szilikát üveg tényezője meglehetősen alacsony (9), ahol az üvegtárgyak készítéséhez használt bór-szilikát üveg esetében 4,5.
Termikus expanzió az anyag állapota szerint
A hőtágulás szilárd anyagok, folyadékok és gázok között változhat. A szilárd anyagok általában megtartják alakját, kivéve, ha azokat egy tartály korlátozza. Tágulnak, amikor a területük megváltozik az eredeti területükhöz képest egy folyamatban, amelyet területi expanziónak vagy felületes expanziónak hívnak, valamint térfogatuk az eredeti térfogathoz képest változik a térbeli expanzió révén. Ezek a különböző méretek lehetővé teszik a szilárd anyagok kiterjedésének mérését számos formában.
A folyadék tágulása sokkal inkább konténer formájában valósul meg, tehát a térfogati expanzió segítségével magyarázhatja ezt. A szilárd anyagok hőtágulásának lineáris koefficiense: α, a folyadékok együtthatója: β és a gázok hőtágulása az ideális gáz törvény PV = nRT a nyomásért P, hangerő V, anyajegyszám n, gázállandó R és hőmérséklet T.