Nalalaman na sa ilalim ng impluwensya ng mga partikulo ng init ay nagpapabilis sa kanilang magulong paggalaw. Kung magpapainit ka ng gas, ang mga molekula na bumubuo dito ay magkakalat lamang mula sa isa't isa. Ang pinainit na likido ay tataas muna sa dami, at pagkatapos ay magsisimulang sumingaw. Ano ang mangyayari sa mga solido? Hindi lahat sa kanila ay maaaring baguhin ang estado ng pagsasama-sama nito.
Kahulugan ng thermal expansion
Thermal expansion ay isang pagbabago sa laki at hugis ng mga katawan na may pagbabago sa temperatura. Sa matematika, posibleng kalkulahin ang volumetric expansion coefficient, na ginagawang posible upang mahulaan ang pag-uugali ng mga gas at likido sa pagbabago ng mga panlabas na kondisyon. Upang makakuha ng parehong mga resulta para sa solids, ang koepisyent ng linear expansion ay dapat isaalang-alang. Binili ng mga physicist ang isang buong seksyon para sa ganitong uri ng pananaliksik at tinawag itong dilatometry.
Kailangan ng kaalaman ng mga inhinyero at arkitekto tungkol sa pag-uugali ng iba't ibang materyales sa ilalim ng impluwensya ng mataas at mababang temperatura para sa disenyo ng mga gusali, paglalagay ng mga kalsada at tubo.
Pagpapalawak ng gas
Thermalang pagpapalawak ng mga gas ay sinamahan ng pagpapalawak ng kanilang dami sa kalawakan. Napansin ito ng mga natural na pilosopo noong sinaunang panahon, ngunit ang mga modernong pisiko lamang ang nakagawa ng mga kalkulasyon sa matematika.
Una sa lahat, naging interesado ang mga siyentipiko sa pagpapalawak ng hangin, dahil ito ay tila isang magagawang gawain sa kanila. Bumaba sila sa negosyo nang masigasig na nakakuha sila ng salungat na mga resulta. Naturally, ang siyentipikong komunidad ay hindi nasisiyahan sa gayong kinalabasan. Ang katumpakan ng pagsukat ay nakasalalay sa kung aling thermometer ang ginamit, ang presyon, at iba't ibang mga kondisyon. Ang ilang mga physicist ay dumating sa konklusyon na ang pagpapalawak ng mga gas ay hindi nakasalalay sa mga pagbabago sa temperatura. O hindi kumpleto ang pagkagumon na ito…
Mga gawa nina D alton at Gay-Lussac
Ang mga physicist ay patuloy na magtatalo hanggang sa sila ay namamaos o sana ay abandunahin ang mga sukat kung hindi dahil kay John D alton. Siya at ang isa pang physicist, si Gay-Lussac, ay nakapag-iisa na nakakuha ng parehong mga resulta ng pagsukat sa parehong oras.
Sinubukan ni Lussac na hanapin ang dahilan ng napakaraming iba't ibang resulta at napansin niya na may tubig ang ilan sa mga device noong panahon ng eksperimento. Naturally, sa proseso ng pag-init, ito ay naging singaw at binago ang dami at komposisyon ng mga pinag-aralan na gas. Samakatuwid, ang unang bagay na ginawa ng siyentipiko ay ang lubusang tuyo ang lahat ng mga instrumento na ginamit niya sa pagsasagawa ng eksperimento, at upang ibukod ang kahit na ang pinakamababang porsyento ng kahalumigmigan mula sa gas na pinag-aaralan. Pagkatapos ng lahat ng manipulasyong ito, naging mas maaasahan ang unang ilang eksperimento.
D alton ay humarap sa isyung ito nang mas matagalkanyang kasamahan at inilathala ang mga resulta sa pinakadulo simula ng ika-19 na siglo. Pinatuyo niya ang hangin gamit ang singaw ng sulfuric acid at pagkatapos ay pinainit ito. Pagkatapos ng isang serye ng mga eksperimento, napagpasyahan ni John na ang lahat ng gas at singaw ay lumalawak sa isang factor na 0.376. Nakuha ni Lussac ang numerong 0.375. Ito ang naging opisyal na resulta ng pag-aaral.
Elasticity ng water vapor
Ang thermal expansion ng mga gas ay depende sa kanilang elasticity, iyon ay, ang kakayahang bumalik sa kanilang orihinal na volume. Si Ziegler ang unang nag-imbestiga sa isyung ito noong kalagitnaan ng ikalabing walong siglo. Ngunit ang mga resulta ng kanyang mga eksperimento ay masyadong iba-iba. Mas maaasahang mga numero ang nakuha ni James Watt, na gumamit ng kaldero para sa mataas na temperatura at isang barometer para sa mababang temperatura.
Sa pagtatapos ng ika-18 siglo, sinubukan ng French physicist na si Prony na kumuha ng isang formula na maglalarawan sa elasticity ng mga gas, ngunit ito ay naging napakahirap at mahirap gamitin. Nagpasya si D alton na subukan ang lahat ng mga kalkulasyon sa empirically, gamit ang isang siphon barometer para dito. Sa kabila ng katotohanan na ang temperatura ay hindi pareho sa lahat ng mga eksperimento, ang mga resulta ay napakatumpak. Kaya inilathala niya ang mga ito bilang isang talahanayan sa kanyang aklat-aralin sa pisika.
Teorya ng pagsingaw
Ang thermal expansion ng mga gas (bilang isang pisikal na teorya) ay sumailalim sa iba't ibang pagbabago. Sinubukan ng mga siyentipiko na makarating sa ilalim ng mga proseso kung saan ang singaw ay ginawa. Dito muli, ang kilalang physicist na si D alton ay nakilala ang kanyang sarili. Ipinalagay niya na ang anumang espasyo ay puspos ng singaw ng gas, hindi alintana kung ito ay naroroon sa reservoir na ito.(kuwarto) anumang iba pang gas o singaw. Kaya naman, mahihinuha na ang likido ay hindi sumingaw sa pamamagitan lamang ng pakikipag-ugnayan sa hangin sa atmospera.
Ang presyon ng haligi ng hangin sa ibabaw ng likido ay nagpapataas ng espasyo sa pagitan ng mga atomo, na naghiwa-hiwalay at nag-evaporate, ibig sabihin, nakakatulong ito sa pagbuo ng singaw. Ngunit ang gravity ay patuloy na kumikilos sa mga molekula ng singaw, kaya kinalkula ng mga siyentipiko na ang presyon ng atmospera ay walang epekto sa pagsingaw ng mga likido.
Pagpapalawak ng mga likido
Ang thermal expansion ng mga likido ay inimbestigahan kasabay ng pagpapalawak ng mga gas. Ang parehong mga siyentipiko ay nakikibahagi sa siyentipikong pananaliksik. Para gawin ito, gumamit sila ng mga thermometer, aerometer, communicating vessel at iba pang instrumento.
Lahat ng eksperimento nang magkasama at hiwalay na pinabulaanan ng bawat isa ang teorya ni D alton na ang mga homogenous na likido ay lumalawak sa proporsyon sa parisukat ng temperatura kung saan sila pinainit. Siyempre, mas mataas ang temperatura, mas malaki ang dami ng likido, ngunit walang direktang kaugnayan sa pagitan nito. Oo, at iba ang bilis ng pagpapalawak ng lahat ng likido.
Ang thermal expansion ng tubig, halimbawa, ay magsisimula sa zero degrees Celsius at magpapatuloy habang bumababa ang temperatura. Noong nakaraan, ang mga naturang resulta ng mga eksperimento ay nauugnay sa katotohanan na hindi ang tubig mismo ang lumalawak, ngunit ang lalagyan kung saan ito matatagpuan ay makitid. Ngunit pagkaraan ng ilang oras, ang physicist na si Deluca ay dumating sa konklusyon na ang dahilan ay dapat hanapin sa likido mismo. Nagpasya siyang hanapin ang temperatura ng pinakamalaking density nito. Gayunpaman, hindi siya nagtagumpay dahil sa kapabayaanilang detalye. Nalaman ni Rumforth, na nag-aral ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, na ang maximum density ng tubig ay sinusunod sa hanay mula 4 hanggang 5 degrees Celsius.
Thermal expansion ng mga katawan
Sa solids, ang pangunahing mekanismo ng pagpapalawak ay isang pagbabago sa amplitude ng vibrations ng crystal lattice. Sa simpleng salita, ang mga atomo na bumubuo sa materyal at mahigpit na nakaugnay sa isa't isa ay nagsisimulang " manginig."
Ang batas ng thermal expansion ng mga katawan ay nabuo tulad ng sumusunod: anumang katawan na may linear na laki L sa proseso ng pag-init ng dT (delta T ang pagkakaiba sa pagitan ng paunang temperatura at panghuling temperatura), lumalawak ng dL (Ang delta L ay ang derivative ng koepisyent ng linear thermal expansion ayon sa haba ng bagay at pagkakaiba sa temperatura). Ito ang pinakasimpleng bersyon ng batas na ito, na bilang default ay isinasaalang-alang na ang katawan ay lumalawak sa lahat ng direksyon nang sabay-sabay. Ngunit para sa praktikal na gawain, mas maraming masalimuot na kalkulasyon ang ginagamit, dahil sa katotohanan, iba ang kilos ng mga materyales kumpara sa mga modelo ng mga physicist at mathematician.
Thermal expansion ng riles
Palaging kasangkot ang mga pisikal na inhinyero sa paglalagay ng riles ng tren, dahil tumpak nilang makalkula kung gaano karaming distansya ang dapat sa pagitan ng mga dugtungan ng riles upang hindi mag-deform ang mga riles kapag pinainit o pinalamig.
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang thermal linear expansion ay naaangkop sa lahat ng solid. At ang riles ay walang pagbubukod. Ngunit may isang detalye. Linear na pagbabagomalayang nangyayari kung ang katawan ay hindi apektado ng puwersa ng friction. Ang mga riles ay mahigpit na nakakabit sa mga natutulog at hinangin sa mga katabing riles, kaya ang batas na naglalarawan sa pagbabago sa haba ay isinasaalang-alang ang pagtagumpayan ng mga hadlang sa anyo ng mga linear at butt resistance.
Kung hindi mababago ng isang riles ang haba nito, pagkatapos ay sa pagbabago ng temperatura, tataas ang thermal stress dito, na parehong maaaring mag-stretch at mag-compress dito. Ang phenomenon na ito ay inilalarawan ng Hooke's Law.
