TERMAL GENLEŞME: KATSAYI, TÜRLERI VE ALIŞTIRMALAR - FIZIKSEL - 2025

Termal genleşme artmış ya da fiziksel bir nesne ya da vücut maruz (örneğin, uzunluk ya da hacim olarak), çeşitli metrik boyutlardaki değişimi,. Bu işlem, malzemeyi çevreleyen sıcaklıktaki artış nedeniyle gerçekleşir. Doğrusal genişleme durumunda, bu değişiklikler sadece bir boyutta meydana gelir.

Bu genişlemenin katsayısı, işlem öncesi ve sonrasındaki büyüklük değeri karşılaştırılarak ölçülebilir. Bazı malzemeler termal genleşmenin tam tersine zarar verir; yani "negatif" olur. Bu kavram, bazı malzemelerin belirli sıcaklıklara maruz kaldıklarında büzülmesini önermektedir.

Sudaki termal genleşme

Katılar için, genişlemelerini açıklamak için doğrusal bir genleşme katsayısı kullanılır. Öte yandan, sıvılar için hesaplamaları gerçekleştirmek için hacimsel bir genleşme katsayısı kullanılır.

Kristalize katı maddeler durumunda, eğer izometrik ise, genleşme kristalin tüm boyutlarında genel olacaktır. İzometrik değilse, camda farklı genleşme katsayıları bulunabilir ve sıcaklık değiştiğinde boyutu değişecektir.

Termik dilatasyon katsayısı

Termal genleşme katsayısı (Y), sıcaklığındaki değişiklik nedeniyle malzemenin içinden geçtiği değişim yarıçapı olarak tanımlanır. Bu katsayı, katılar için α ve sıvılar için β sembolü ile temsil edilir ve Uluslararası Birimler Sistemi tarafından yönlendirilir.

Katı, sıvı veya gaz söz konusu olduğunda termal genleşme katsayıları değişir. Her birinin farklı bir özelliği vardır.

Örneğin, bir katının genişlemesi bir uzunluk boyunca görülebilir. Hacimsel katsayı, sıvılar açısından en temel olanlardan biridir ve değişiklikler her yönden dikkate değerdir; Bu katsayı, bir gazın genleşmesinin hesaplanmasında da kullanılır.

Negatif termal genleşme

Bazı malzemelerde, yüksek sıcaklıklarla boyut olarak artmak yerine, düşük sıcaklıklar nedeniyle küçülen negatif termal genleşme meydana gelir.

Bu tip termal genleşme genellikle -buz durumunda olduğu gibi- yönlü etkileşimlerin gözlemlendiği açık sistemlerde veya diğerlerinin yanı sıra bazı zeolitler, Cu2O ile olduğu gibi karmaşık bileşiklerde görülür.

Benzer şekilde, bazı araştırmalar, negatif termal genleşmenin kompakt formdaki tek bileşenli kafeslerde ve merkezi bir kuvvet etkileşimi ile de meydana geldiğini göstermiştir.

Bir bardak suya buz eklediğimizde, negatif termal genleşmenin net bir örneği görülebilir. Bu durumda, buz üzerindeki sıvının yüksek sıcaklığı boyutta herhangi bir artışa neden olmaz, aksine buzun boyutu küçülür.

Türleri

Fiziksel bir nesnenin genişlemesi hesaplanırken, sıcaklıktaki değişime bağlı olarak, söz konusu nesnenin boyut olarak artabileceği veya küçülebileceği dikkate alınmalıdır.

Bazı nesneler, boyutlarını değiştirmek için sıcaklıkta büyük bir değişiklik gerektirmez, bu nedenle hesaplamalardan döndürülen değerin ortalama olması muhtemeldir.

Herhangi bir süreç gibi, termal genleşme, her bir fenomeni ayrı ayrı açıklayan birkaç türe ayrılır. Katılar söz konusu olduğunda, termal genleşme türleri doğrusal genişleme, hacimsel genişleme ve yüzey genişlemesidir.

Doğrusal genişleme

Doğrusal genişlemede tek bir varyasyon hakimdir. Bu durumda, değişime uğrayan tek birim, nesnenin yüksekliği veya genişliğidir.

Bu tür bir genişlemeyi hesaplamanın kolay bir yolu, sıcaklık değişiminden önceki büyüklüğün değeri ile sıcaklık değişiminden sonraki büyüklüğün değerini karşılaştırmaktır.

Hacimsel genişleme

Hacimsel genleşme durumunda bunu hesaplamanın yolu, sıcaklık değişiminden önceki sıvının hacmi ile sıcaklık değişiminden sonraki sıvının hacmini karşılaştırmaktır. Bunu hesaplamak için formül:

Yüzey veya alan genişlemesi

Yüzey genişlemesi durumunda, 1 ° C'deki sıcaklığındaki değişiklik nedeniyle bir cismin veya nesnenin alanında bir artış gözlenir.

Bu genişleme katılar için çalışıyor. Doğrusal katsayıya da sahipsek, nesnenin boyutunun 2 kat daha büyük olacağını görebiliriz. Bunu hesaplamak için formül:

Bir _f = A ₀

Bu ifadede:

γ = alan genişleme katsayısı

A ₀ = Başlangıç ​​alanı

A _f = Son alan

T ₀ = Başlangıç ​​sıcaklığı.

T _f = Son sıcaklık

Alan genişlemesi ve doğrusal genişleme arasındaki fark, birincisinde nesnenin alanında bir artış değişikliği görmeniz ve ikincisinde değişimin tek bir birim ölçüsünde olmasıdır (uzunluk veya uzunluk gibi) fiziksel nesnenin genişliği).

Örnekler

İlk egzersiz (doğrusal genişleme)

Çelikten yapılmış bir trenin rayını oluşturan rayların uzunluğu 1500 m'dir. Sıcaklık 24 ° C'den 45 ° C'ye çıktığında boylam ne olur?

Çözüm

Veri:

Lο (başlangıç ​​uzunluğu) = 1500 m

L _f (son uzunluk) =?

Tο (başlangıç ​​sıcaklığı) = 24 ° C

T _f (son sıcaklık) = 45 ° C

α (çeliğe karşılık gelen doğrusal genleşme katsayısı) = 11 x ^10-6 ° C ^-1

Veriler, aşağıdaki formülde ikame edilir:

Ancak, bu verileri denkleme dahil etmek için önce sıcaklık farkının değerini bilmelisiniz. Bu farkı elde etmek için, en yüksek sıcaklık en düşükten çıkarılmalıdır.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Bu bilgi bilindikten sonra, önceki formülü kullanmak mümkündür:

Lf = 1500 m (1 + 21 ° C 11 x ^10-6 ° C ^-1 )

Lf = 1500 m (1 + 2,31 x ^10-4 )

Lf = 1500 m (1.000231)

Lf = 1500.3465 m

İkinci egzersiz (yüzeysel genişleme)

Bir lisede, sıcaklık 21 ° C ise, bir cam mağazanın alanı 1,4 m ^ 2'dir. Sıcaklık 35 ° C'ye çıktığında nihai alanı ne olacak?

Çözüm

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x ^10-6 ]

Af = 1.4 m ² . 1,0002044

Af = 1.40028616 m ²

Genişleme neden olur?

Herkes tüm malzemenin çeşitli atom altı parçacıklardan oluştuğunu bilir. Sıcaklığı değiştirerek, yükselterek veya düşürerek, bu atomlar nesnenin şeklini değiştirebilen bir hareket sürecini başlatır.

Sıcaklık yükseldiğinde kinetik enerjideki artışa bağlı olarak moleküller hızla hareket etmeye başlar ve dolayısıyla nesnenin şekli veya hacmi artacaktır.

Negatif sıcaklıklar durumunda bunun tersi olur, bu durumda nesnenin hacmi düşük sıcaklıklardan dolayı daralma eğilimindedir.

Referanslar

1. Doğrusal, Yüzeysel ve Hacimsel Genişleme - Egzersizler. Çözüldü 8 Mayıs 2018'de Fisimat'tan kurtarıldı: fisimat.com.mx
2. Yüzeyel Genişleme - Çözülmüş Egzersizler. Fisimat'tan 8 Mayıs 2018'de alındı: fisimat.com.mx
3. Termal Genleşme. Encyclopædia Britannica'dan 8 Mayıs 2018'de alındı: britannica.com
4. Termal Genleşme. Hyper Physics Concepts'den 8 Mayıs 2018'de alındı: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Termal Genleşme. Lumen Learning'den 8 Mayıs 2018'de alındı: course.lumenlearning.com
6. Termal Genleşme. The Physics Hypertextbook'tan 8 Mayıs 2018'de alındı: physics.info
7. Termal Genleşme. Wikipedia'dan 8 Mayıs 2018'de alındı: en.wikipedia.org.