Előfordulhat, hogy a vasutaknak és hidaknak tágulási kötésekre van szükségük. A meleg vízmelegítő csöveket nem szabad hosszú, lineáris hosszúságban használni. A pásztázó elektronikus mikroszkópoknak észlelniük kell a hőmérséklet apró változásait, hogy megváltoztassák helyzetüket a fókuszpontjukhoz képest. A folyékony hőmérők higanyt vagy alkoholt használnak, ezért csak egy irányban áramolnak, miközben a folyadék a hőmérsékletváltozások következtében tágul. Ezek a példák mindegyike bemutatja, hogy az anyagok milyen hosszúságban tágulnak hő hatására.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A szilárd anyag lineáris tágulása a hőmérséklet változása alatt a Δℓ / ℓ = αΔT segítségével mérhető, és alkalmazható a szilárd anyagok tágulásának és összehúzódásának a mindennapokban. Az a megterhelés, amelyen az objektum átesik, kihatással van a tervezésre, amikor tárgyakat illesztenek egymáshoz.
A kiterjesztés alkalmazása a fizikában
Amikor a szilárd anyag a hőmérséklet emelkedése (hőtágulás) hatására kitágul, akkor a hossza megnőhet a lineáris tágulásnak nevezett folyamatban.
Length hosszúságú szilárd anyag esetén az ΔT hőmérsékletváltozás miatti Δℓ különbség mérhető az α, a szilárd anyag hőtágulási együtthatójának meghatározására az egyenlet szerint:
\ frac {\ Delta l} {l} = \ alfa \ Delta T
a terjeszkedés és összehúzódás példaként történő alkalmazásához.
Ez az egyenlet azonban feltételezi, hogy a nyomásváltozás elhanyagolható egy kis töredékhossz-változás esetén. Ez a Δℓ / This arány anyagtörzsként is ismert, amelyet ϵ-nek jelölünktermikus. A törzs, amely az anyag reakciója a stresszre, deformálódhat.
A Mérnöki Eszköztár lineáris tágulási együtthatóival meghatározhatja az anyag tágulási sebességét az anyag mennyiségével arányosan. Meg tudja mondani, hogy egy anyag mennyire tágul, annak alapján, hogy mekkora mennyiségű anyag van nálad, valamint azt is, hogy mekkora hőmérsékletváltozást alkalmaz a fizikai kiterjesztés alkalmazásához.
A szilárd anyagok hőtágulásának alkalmazásai a mindennapi életben
Ha szűk edényt akar kinyitni, forró víz alatt futtathatja, hogy a fedél kissé kitáguljon és megkönnyítse a kinyitást. Ennek az az oka, hogy amikor az anyagokat, például szilárd anyagokat, folyadékokat vagy gázokat melegítik, azok átlagos értékea molekuláris kinetikus energia emelkedik. Az anyagban vibráló atomok átlagos energiája növekszik. Ez növeli az atomok és a molekulák közötti elválasztást, ami az anyag tágulását okozza.
Bár ez olyan fázisváltozásokat okozhat, mint például a jég vízzé olvadása, a hőtágulás általában a hőmérséklet emelkedésének közvetlenebb következménye. Ennek leírására a lineáris hőtágulási együtthatót használja.
Hőbővítés a termodinamikából
Az anyagok kibővülhetnek vagy összehúzódhatnak ezekre a kémiai változásokra reagálva, amelyek nagymértékű méretváltozást eredményeznek ezek a kis léptékű kémiai és termodinamikai folyamatok ugyanúgy a hidak és az épületek szélsőségesen tágulhatnak hő. A mérnöki munkában meg lehet mérni egy szilárd anyag hosszának változását a hőtágulás miatt.
Anizotróp anyagAzok, amelyek anyagukban különböző irányok szerint változnak, az iránytól függően eltérő lineáris tágulási együtthatók lehetnek. Ezekben az esetekben tenzorokat használhat a hőtágulás tenzorként történő leírására, egy mátrix, amely leírja a hőtágulási együtthatót mindkét irányban: x, y és z.
Tenzorok a terjeszkedésben
Polikristályosa nulla közeli mikroszkopikus hőtágulási együtthatóval rendelkező üveget alkotó anyagok nagyon hasznosak olyan tűzálló anyagokhoz, mint a kemencék és az égetők. A tenzorok leírhatják ezeket az együtthatókat, figyelembe véve az anizotróp anyagok lineáris tágulási irányait.
A kordierit, egy szilikát anyag, amelynek egy pozitív hőtágulási együtthatója és egy negatívja azt jelenti, hogy tenzora lényegében nulla térfogatváltozást ír le. Ettől ideális anyag tűzálló anyagokhoz.
Tágulás és összehúzódás alkalmazása
Egy norvég régész elmélete szerint a vikingek akordierithogy évszázadokkal ezelőtt segítsen nekik eligazodni a tengerekben. Izlandon nagy, átlátszó kordierit egykristályokkal olyan kordieritből készült napköveket használtak, amelyek képesek voltak rá polarizálja a fényt egy bizonyos irányba, csak a kristály bizonyos irányaiban, hogy felhősen navigálhassanak, borús napok. Mivel a kristályok alacsony hőtágulási együtthatóval is kitágulnak, élénk színűek.
A mérnököknek figyelembe kell venniük, hogy az objektumok hogyan terjeszkednek és összehúzódnak, amikor olyan szerkezeteket terveznek, mint az épületek és hidak. Amikor mérni kell a távolságokat a földmérésekhez, vagy ha formákat és tartályokat terveznek forró anyagokhoz, akkor azt meg kell tennie számoljon azzal, hogy a föld vagy egy üveg mennyire tágulhat, reagálva a hőmérséklet változásaira tapasztalat.
Termosztátoktámaszkodjon két különféle vékony fémcsík bimetall csíkjára, amelyek egymásra vannak helyezve, így az egyik a hőmérséklet változása miatt sokkal jelentősebben tágul, mint a másik. Ez a csík hajlítását okozza, és amikor megtörténik, bezárja az elektromos áramkör hurokját.
Ez elindítja a légkondicionálót, és a termosztát értékeinek megváltoztatásával megváltozik az áramkör bezárásához szükséges sáv közötti távolság. Amikor a külső hőmérséklet eléri a kívánt értéket, a fém összehúzódik, hogy kinyissa az áramkört és leállítsa a légkondicionálót. Ez a terjeszkedés és összehúzódás számos példája.
A tágulás előmelegítési hőmérséklete
Ha a fém alkatrészeket 150 ° C és 300 ° C közötti hőmérsékleten előmelegítik, akkor azok kitágulnak, így beilleszthetők egy másik rekeszbe, ezt az eljárást indukciós zsugorcsatlakozásnak nevezik. Az UltraFlex Power Technologies módszerei az indukciós zsugorító teflonszigetelést huzalra illesztették, rozsdamentes acélcsövet indukciós tekercs segítségével 350 ° C-ra melegítve.
A hőtágulással mérhető a szilárd anyagok telítettsége a gázok és folyadékok között, amelyeket idővel abszorbeál. Beállíthat egy kísérletet egy szárított tömb hosszának mérésére, mielőtt hagyná, hogy idővel felszívja a vizet. A hosszváltozás megadhatja a hőtágulási együtthatót. Ez praktikusan alkalmazható annak meghatározásában, hogy az épületek hogyan tágulnak idővel levegő hatásának kitéve.
Az anyagok közötti hőtágulási variáció
A lineáris hőtágulási együtthatók az adott anyag olvadáspontjának fordított értékeként változnak. A magasabb olvadáspontú anyagok lineáris hőtágulási együtthatói alacsonyabbak. A számok a kén esetében körülbelül 400 K-tól a volfrámig körülbelül 3700-ig terjednek.
A hőtágulási együttható maga az anyag hőmérsékletétől függ (különösen attól függően, hogy az üvegesedési hőmérséklet volt-e) keresztezve), az anyag szerkezete és alakja, a kísérletben részt vevő bármely adalékanyag és az esetleges térhálósodás az anyag polimerjei között anyag.
Amorf polimerekA kristályos szerkezetűeknél a hőtágulási együtthatók általában alacsonyabbak, mint a félkristályosaké. Az üveg közül a nátrium-kalcium-szilícium-oxid üveg vagy a nátrium-mész szilikát üveg viszonylag alacsony 9-es együtthatóval rendelkezik, ahol a boroszilikát üveg az üvegtárgyak készítésére 4,5.
Hőbővítés anyagállapot szerint
A hőtágulás változik szilárd anyagok, folyadékok és gázok között. A szilárd anyagok általában megőrzik alakjukat, hacsak nem korlátozza őket egy tartály. Tágulnak, amikor a területük az eredeti területükhöz képest változik az úgynevezett területi kiterjesztés vagy felületes tágulás, valamint térfogatuk az eredeti térfogathoz viszonyítva változik terjeszkedés. Ezek a különböző méretek lehetővé teszik a szilárd anyagok tágulásának számos formában történő mérését.
A folyadékbővítés sokkal valószínűbb, hogy a tartály formáját ölti, így ennek magyarázatához használhatja a térfogat-tágulást. A szilárd anyagok lineáris hőtágulási együtthatója:α, a folyadékok együtthatója:βés a gázok hőtágulása az ideális gáztörvény
PV = nRT
nyomásraP, hangerőV, anyajegyek száman, gázállandóRés hőmérsékletT.