تمدد حراري ، معامل ، أنواع وتمارين

ال التمدد الحراري هي الزيادة أو الاختلاف في الأبعاد المترية المختلفة (مثل الطول أو الحجم) التي يعاني منها الجسم أو الجسم المادي. تحدث هذه العملية بسبب زيادة درجة الحرارة المحيطة بالمادة. في حالة التمدد الخطي ، تحدث هذه التغييرات في بعد واحد.

يمكن قياس معامل التمدد بمقارنة قيمة الكمية قبل العملية وبعدها. بعض المواد تعاني عكس التمدد الحراري. وهذا هو ، يصبح "سلبي". يقترح هذا المفهوم أن تتقلص بعض المواد عند تعرضها لدرجات حرارة معينة.  

بالنسبة للمواد الصلبة ، يتم استخدام معامل التمدد الخطي لوصف تمدده. من ناحية أخرى ، يتم استخدام معامل التمدد الحجمي للسوائل لإجراء العمليات الحسابية.

في حالة المواد الصلبة المتبلورة ، إذا كان القياس متساوي القياس ، فسيكون الامتداد عامًا في جميع أبعاد البلورة. إذا لم يكن القياس متساوي القياس ، يمكن العثور على معاملات التمدد المختلفة على طول البلورة ، وسوف يتغير حجمها عند تغيير درجة الحرارة.

مؤشر

• 1 معامل التمدد الحراري
• 2 التمدد الحراري السلبي
• 3 أنواع
  • 3.1 التوسع الخطي
  • 3.2 التمدد الحجمي
  • 3.3 تمدد السطح أو المنطقة
• 4 أمثلة
  • 4.1 التمرين الأول (التمدد الخطي)
  • 4.2 التمرين الثاني (التمدد السطحي)
• 5 لماذا يحدث الامتداد؟?
• 6 المراجع

معامل التمدد الحراري

يعرف معامل التمدد الحراري (Y) بأنه نصف قطر التغير الذي يتم من خلاله تمرير مادة بسبب التغير في درجة حرارتها. يمثل هذا المعامل الرمز α للمواد الصلبة و β للسوائل ، ويسترشد بالنظام الدولي للوحدات.

تختلف معاملات التمدد الحراري عندما يتعلق الأمر بالصلب أو السائل أو الغاز. كل واحد لديه خصوصية مختلفة.

على سبيل المثال ، يمكن رؤية امتداد المادة الصلبة على طول. يعتبر المعامل الحجمي واحدًا من أبسط ما يتعلق بالسوائل والتغيرات ملحوظة في جميع الاتجاهات ؛ يستخدم هذا المعامل أيضًا عند حساب تمدد الغاز.

التمدد الحراري السلبي

يحدث التمدد الحراري السلبي في بعض المواد التي ، بدلاً من زيادة حجمها مع ارتفاع درجات الحرارة ، تنكمش بسبب انخفاض درجات الحرارة.

يُرى هذا النوع من التمدد الحراري عادة في الأنظمة المفتوحة حيث تتم ملاحظة التفاعلات الاتجاهية - في حالة الجليد أو في المركبات المعقدة - في حالة بعض الزيوليت ، Cu2O ، من بين أشياء أخرى..

أيضًا ، أظهرت بعض الأبحاث أن التمدد الحراري السلبي يحدث أيضًا في المشابك المكونة منفردة في شكل مضغوط وبتفاعل القوة المركزية.

يمكن ملاحظة مثال واضح على التمدد الحراري السلبي عند إضافة الثلج إلى كوب من الماء. في هذه الحالة ، فإن ارتفاع درجة حرارة السائل على الجليد لا يسبب أي زيادة في الحجم ، بل يقلل من الحجم نفسه.

نوع

عند حساب تمدد جسم مادي ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أنه ، بناءً على التغير في درجة الحرارة ، قد يزيد الكائن المذكور أو يقلص حجمه.

لا تتطلب بعض الكائنات تغييرًا جذريًا في درجة الحرارة لتعديل حجمها ، لذلك من المحتمل أن تكون القيمة التي يتم طرحها بواسطة الحسابات متوسطة.

مثل كل العمليات ، ينقسم التمدد الحراري إلى عدة أنواع تشرح كل ظاهرة على حدة. في حالة المواد الصلبة ، تكون أنواع التمدد الحراري هي الامتداد الخطي ، التمدد الحجمي والتوسع السطحي.

توسع خطي

في التمدد الخطي ، يسود اختلاف واحد. في هذه الحالة ، الوحدة الوحيدة التي تخضع لتغيير هي ارتفاع أو عرض الكائن.

طريقة سهلة لحساب هذا النوع من الامتداد هي بمقارنة قيمة الكمية قبل التغير في درجة الحرارة مع قيمة الكمية بعد التغير في درجة الحرارة.

تمدد الحجمي

في حالة التمدد الحجمي ، تتمثل طريقة حسابه في مقارنة حجم السائل قبل التغير في درجة الحرارة مع حجم السائل بعد التغير في درجة الحرارة. الصيغة لحسابها هي:

توسع السطح أو المنطقة

في حالة التمدد السطحي ، تتم ملاحظة الزيادة في مساحة الجسم أو الجسم عندما يكون هناك تغير في درجة حرارته عند 1 درجة مئوية.

هذا التمدد يعمل للمواد الصلبة. إذا كان لديك أيضًا المعامل الخطي ، فيمكنك أن ترى أن حجم الكائن سيكون أكبر من حجمه. الصيغة لحسابها هي:

A_F = أ₀ [1 + YA (T_F - تي₀)]

في هذا التعبير:

γ = معامل تمدد المنطقة [° C^-1]

A₀ = المنطقة الأولية

A_F = المنطقة النهائية

تي₀ = درجة الحرارة الأولية.

تي_F = درجة الحرارة النهائية

الفرق بين تمدد المنطقة والتمدد الخطي هو أنه في أول واحد هناك تغيير في زيادة مساحة الكائن ، وفي الثانية يكون التغيير من وحدة قياس واحدة (لأنه يمكن أن يكون الطول أو عرض الجسم المادي).

أمثلة

التمرين الأول (التمدد الخطي)

يبلغ طول القضبان التي تشكل مسار القطار المصنوع من الفولاذ 1500 متر. ما هو طول الوقت الذي ترتفع فيه درجة الحرارة من 24 إلى 45 درجة مئوية?

حل

بيانات:

L0 (الطول الأولي) = 1500 م

L_F (الطول النهائي) = ?

(درجة الحرارة الأولية) = 24 درجة مئوية

تي_F (درجة الحرارة النهائية) = 45 درجة مئوية

α (معامل التمدد الخطي المقابل للصلب) = 11 × 10^-6 درجة مئوية^-1

يتم استبدال البيانات في الصيغة التالية:

ومع ذلك ، يجب أولاً معرفة قيمة الفرق في درجة الحرارة ، من أجل إدراج هذه البيانات في المعادلة. للحصول على هذا الفرق ، يجب عليك طرح أعلى درجة حرارة من أدنى درجة.

=t = 45 درجة مئوية - 24 درجة مئوية = 21 درجة مئوية

بمجرد معرفة هذه المعلومات ، يمكن استخدام الصيغة السابقة:

Lf = 1500 م (1 + 21 ° م. 11 × 10^-6 درجة مئوية^-1)

Lf = 1500 م (1 + 2.31 × 10^-4)

Lf = 1500 م (1000231)

Lf = 1500.3465 م

التمرين الثاني (التمدد السطحي)

تبلغ مساحة بيع الزجاج في المدرسة الثانوية 1.4 م ^ 2 ، إذا كانت درجة الحرارة 21 درجة مئوية. ماذا ستكون منطقتك النهائية عند زيادة درجة الحرارة إلى 35 درجة مئوية?

حل

Af = A0 [1 + (Tf - T0)]

Af = 1.4 م² [1] 204.4 × 10^-6]

Af = 1.4 م² . 1.0002044

Af = 1،40028616 م²

لماذا يحدث التمدد?

يعلم الجميع أن كل المواد تتكون من جزيئات دون ذرية مختلفة. عن طريق تغيير درجة الحرارة ، إما رفع أو انخفاض ، تبدأ هذه الذرات في عملية حركة يمكنها تغيير شكل الكائن.

عندما ترتفع درجة الحرارة ، تبدأ الجزيئات في التحرك بسرعة بسبب زيادة الطاقة الحركية ، وبالتالي فإن شكل أو حجم الجسم سيزيد.

في حالة درجات الحرارة السلبية يحدث العكس ، في هذه الحالة عادة ما يتم التعاقد على حجم الكائن بسبب درجات الحرارة المنخفضة.

مراجع

1. التمدد الخطي ، السطحي ، والحجمي - تمارين. تم الاسترجاع في 8 مايو 2018 ، من Fisimat: fisimat.com.mx
2. تمدد سطحي - تمارين تم حلها. تم الاسترجاع في 8 مايو 2018 ، من Fisimat: fisimat.com.mx
3. التمدد الحراري. تم الاسترجاع في 8 مايو 2018 من Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. التمدد الحراري. تم الاسترجاع في 8 مايو 2018 ، من مفاهيم Hyper Physics Concepts: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. التمدد الحراري. تم الاسترجاع في 8 مايو 2018 ، من Lumen Learning: courses.lumenlearning.com
6. التمدد الحراري. تم الاسترجاع في 8 مايو ، 2018 ، من كتاب Hypertextbook: physics.info
7. التمدد الحراري. تم الاسترجاع في 8 مايو 2018 ، من ويكيبيديا: en.wikipedia.org.