რკინიგზებსა და ხიდებს შეიძლება დასჭირდეს გამაფართოებელი სახსრები. ცხელი წყლის ლითონის გამათბობელი მილები არ უნდა იქნას გამოყენებული გრძელი, ხაზოვანი სიგრძით. სკანირების ელექტრონულ მიკროსკოპებს უნდა დაადგინონ ტემპერატურის წუთიანი ცვლილებები, რომ შეიცვალოს მათი პოზიცია ფოკუსის წერტილთან შედარებით. თხევადი თერმომეტრები იყენებენ ვერცხლისწყალს ან ალკოჰოლს, ამიტომ ისინი მხოლოდ ერთი მიმართულებით მიედინება ტემპერატურის ცვლილების გამო სითხის გაფართოების გამო. თითოეული ეს მაგალითი ცხადყოფს, თუ როგორ ფართოვდება მასალები სიგრძის განმავლობაში სითბოს პირობებში.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
მყარი წყლის წრფივი გაფართოება ტემპერატურის ცვლილების დროს შეიძლება იზომება Δℓ / ℓ = αΔT გამოყენებით და მას იყენებენ მყარი მასალის გაფართოებისა და შეკუმშვის გზით ყოველდღიურ ცხოვრებაში. დაძაბულობას, რომელსაც განიცდის ობიექტი, გავლენას ახდენს ინჟინერიაში, როდესაც ობიექტები ერთმანეთს ერგება.
გაფართოების გამოყენება ფიზიკაში
როდესაც მყარი მასალა ფართოვდება ტემპერატურის ზრდის საპასუხოდ (თერმული გაფართოება), მას შეუძლია გაზარდოს სიგრძე პროცესში, რომელიც წრფივი გაფართოების სახელით არის ცნობილი.
Length სიგრძის მყარი ნაწილისთვის შეგიძლიათ გაზომოთ Δℓ სიგრძის სხვაობა ΔT ტემპერატურის ცვლილების გამო, განისაზღვროს α, მყარი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი განტოლების მიხედვით:
\ frac {\ დელტა ლ} {ლ} = \ ალფა \ დელტა T
მაგალითად, გაფართოებისა და შეკუმშვის გამოყენება.
ამასთან, ეს განტოლება მიიჩნევს, რომ წნევის ცვლილება უმნიშვნელოა სიგრძის მცირე ფრაქციული ცვლილებისთვის. Δ ratio / ratio -ს ეს თანაფარდობა ასევე ცნობილია როგორც მატერიალური შტამი, აღინიშნება როგორცთერმული. დაძაბულობამ, მასალის რეაქციამ სტრესზე, შეიძლება გამოიწვიოს მისი დეფორმაცია.
შეგიძლიათ გამოიყენოთ საინჟინრო ხელსაწყოების ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტები, რომ განსაზღვროთ მასალის გაფართოების სიჩქარე ამ მასალის ოდენობის პროპორციულად. მას შეუძლია გითხრათ, თუ რამდენს აფართოებს მასალა იმის მიხედვით, თუ რამდენი მასალა გაქვთ, ასევე ტემპერატურის რამდენ ცვლილებას იყენებთ ფიზიკაში გაფართოების გამოყენებისთვის.
მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოების პროგრამები ყოველდღიურ ცხოვრებაში
თუ გსურთ გახსნათ მჭიდრო ქილა, შეგიძლიათ გაუშვათ ცხელი წყლის ქვეშ, რომ სახურავი ოდნავ გააფართოვოთ და გაუადვილოს გახსნა. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც ნივთიერებები, როგორიცაა მყარი, სითხეები ან გაზები, თბება, მათი საშუალო მაჩვენებელი ხდებამოლეკულური კინეტიკური ენერგია იზრდება. ატომების საშუალო ენერგია მატერიალური ვიბრაციით იზრდება. ეს ზრდის გამოყოფას ატომებსა და მოლეკულებს შორის, რაც მატერიას აფართოებს.
მიუხედავად იმისა, რომ ამან შეიძლება გამოიწვიოს ფაზის ცვლილებები, როგორიცაა ყინულის დნობა წყალში, თერმული გაფართოება ზოგადად ტემპერატურის ზრდის უფრო პირდაპირი შედეგია. ამის აღსაწერად იყენებთ თერმული გაფართოების ხაზოვან კოეფიციენტს.
თერმოდინამიკის თერმული გაფართოება
მასალები შეიძლება გაფართოვდეს ან დაიკუმშოს ამ ქიმიური ცვლილებების საპასუხოდ, ზომიდან მასშტაბური ცვლილების შედეგად ეს მცირე ქიმიური და თერმოდინამიკური პროცესები, ისევე, როგორც ხიდები და შენობები შეიძლება გაფართოვდეს უკიდურესობაში სიცხე ინჟინერიაში შეგიძლიათ გაზომოთ მყარი ნივთიერების სიგრძის ცვლილება თერმული გაფართოების გამო.
ანისოტროპული მასალაs, პირობა, რომელიც განსხვავდება მათი სუბსტანციიდან სხვადასხვა მიმართულებებს შორის, შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული წრფივი გაფართოების კოეფიციენტები, მიმართულებიდან გამომდინარე. ამ შემთხვევებში შეგიძლიათ გამოიყენოთ ტენსორები თერმული გაფართოების ტენსორის აღსაწერად, მატრიცა, რომელიც აღწერს თერმული გაფართოების კოეფიციენტს თითოეული მიმართულებით: x, y და z.
ტენსორები გაფართოებაში
პოლიკრისტალურიმასალები, რომლებიც ქმნიან მინას ნულოვან მიკროსკოპული თერმული გაფართოების კოეფიციენტებით, ძალიან სასარგებლოა ცეცხლგამძლე მასალებისთვის, როგორიცაა ღუმელები და ინსინერატორები. ტენსორებს შეუძლიათ აღწერონ ეს კოეფიციენტები ამ ანისოტროპულ მასალებში წრფივი გაფართოების სხვადასხვა მიმართულების აღრიცხვით.
კორდიერიტი, სილიკატური მასალა, რომელსაც აქვს ერთი დადებითი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი და ერთი უარყოფითი ნიშნავს, რომ მისი ტენსორი აღწერს მოცულობის არსებითად ნულის შეცვლას. ეს მას იდეალურ ნივთიერებად აქცევს ცეცხლგამძლე ნივთიერებებს.
გაფართოებისა და შეკუმშვის გამოყენება
ნორვეგიელმა არქეოლოგმა თქვა, რომ ვიკინგები იყენებდნენ თერმულ გაფართოებასკორდიერიტისაუკუნეების წინ ზღვებში ნავიგაციის დასახმარებლად. ისლანდიაში, კორდიერიტის დიდი, გამჭვირვალე ერთი კრისტალებით, მათ გამოიყენეს კორდიერიტისგან დამზადებული მზის ქვები, პოლარიზაცია მოახდინეთ სინათლის გარკვეული მიმართულებით მხოლოდ ბროლის გარკვეულ ორიენტაციებში, რათა მათ საშუალება ჰქონდეთ ნავიგაცია მოღრუბლული, მოღრუბლული დღეები. რადგან კრისტალები სიგრძით გაფართოვდებოდნენ თერმული გაფართოების დაბალი კოეფიციენტითაც კი, მათ აჩვენა ნათელი ფერი.
ინჟინრებმა უნდა გაითვალისწინონ, თუ როგორ აფართოებენ და იკუმშებიან ობიექტები, მაგალითად, შენობებისა და ხიდების კონსტრუქციისას. მიწის გამოკვლევების მანძილების გაზომვის ან ცხელი მასალების ფორმებისა და კონტეინერების შემუშავებისას გაითვალისწინეთ რამდენად შეიძლება გაფართოვდეს დედამიწა ან მინა ტემპერატურის ცვლილების საპასუხოდ გამოცდილება
თერმოსტატებიდაეყრდნონ ერთმანეთზე განთავსებული ორი განსხვავებული ლითონის თხელი ზოლის ბიმეტალურ ზოლებს, ამიტომ ერთი ბევრად უფრო მნიშვნელოვნად აფართოებს, ვიდრე სხვა ტემპერატურის ცვლილების გამო. ეს იწვევს ზოლის მოხვევას და, როდესაც ხდება, ის ხურავს ელექტრული წრის მარყუჟს.
ეს იწვევს კონდიციონერის დაწყებას და, თერმოსტატის მნიშვნელობების შეცვლით, ზოლი შორის მანძილი იცვლება წრიული წერტილის შესაცვლელად. როდესაც გარე ტემპერატურა მიაღწევს სასურველ მნიშვნელობას, ლითონი იკუმშება გახსნის წრედ და აჩერებს კონდიციონერს. ეს არის გაფართოებისა და შეკუმშვის მრავალი მაგალითი.
გაფართოების წინასწარი გათბობის ტემპერატურა
ლითონის კომპონენტების წინასწარ გათბობისას 150 ° C– დან 300 ° C– მდე, ისინი ფართოვდება, ამიტომ მათი ჩასმა შესაძლებელია სხვა განყოფილებაში, პროცესი, რომელსაც ინდუქციური შემცირების იარაღი უწოდებენ. UltraFlex Power Technologies– ის მეთოდებმა მოიცავდა მავთულხლართზე ინდუქციური შემცირების Teflon იზოლაციის დაყენებას უჟანგავი ფოლადის მილის 350 ° C ტემპერატურაზე ინდუქციური კოჭის გამოყენებით.
თერმული გაფართოების საშუალებით შესაძლებელია გაზების და სითხეების მყარი გაჯერების გაზომვა, რომელსაც ის დროთა განმავლობაში შთანთქავს. შეგიძლიათ ჩაატაროთ ექსპერიმენტი გამხმარი ბლოკის სიგრძის გასაზომად, დროთა განმავლობაში წყლის შთანთქმის დაწყებამდე და მის შემდეგ. სიგრძის ცვლილებამ შეიძლება გაზარდოს თერმული კოეფიციენტი. ეს პრაქტიკულ გამოყენებას ახდენს იმის განსაზღვრისას, თუ როგორ ფართოვდება შენობები დროთა განმავლობაში ჰაერის ზემოქმედების ქვეშ.
თერმული გაფართოების ვარიაცია მასალებს შორის
ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტები იცვლება, როგორც ამ ნივთიერების დნობის წერტილის ინვერსია. მასალების უფრო მაღალი დონის წერტილები აქვთ ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტებს. ეს რიცხვი გოგირდისთვის დაახლოებით 400 K– დან ვოლფრამის დაახლოებით 3,700 – მდეა.
თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ასევე განსხვავდება თვით მასალის ტემპერატურის მიხედვით (განსაკუთრებით იყო თუ არა მინის გადასვლის ტემპერატურა) გადაკვეთა), მასალის სტრუქტურა და ფორმა, ექსპერიმენტში ჩართული ნებისმიერი დანამატი და პოტენციური ჯვარედინი კავშირი პოლიმერებთან ნივთიერება.
ამორფული პოლიმერები, კრისტალური სტრუქტურების გარეშე, აქვთ დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტები, ვიდრე ნახევრადკრისტალური. შუშებს შორის, ნატრიუმის კალციუმის სილიციუმის ოქსიდის მინა ან სოდა-ცაცხვის სილიკატური მინა აქვს საკმაოდ დაბალი კოეფიციენტი 9, სადაც აქვს ბოროსილიკატური მინა, რომელიც გამოიყენება მინის საგნების დასამზადებლად არის 4.5.
თერმული გაფართოება მატერიალური მდგომარეობის მიხედვით
თერმული გაფართოება იცვლება მყარ, სითხეებსა და გაზებს შორის. მყარი ზოგადად ინარჩუნებს ფორმას, თუ ისინი არ არის შეზღუდული კონტეინერით. ისინი ფართოვდებიან, რადგან მათი არეალი იცვლება თავდაპირველი არეალის მიმართ, პროცესში, რომელსაც არეული გაფართოება ეწოდება ზედაპირული გაფართოება, აგრეთვე მათი მოცულობა იცვლება თავდაპირველი მოცულობის მიმართ მოცულობითი გზით გაფართოება ეს განსხვავებული ზომები საშუალებას გაძლევთ გაზომოთ მყარი მასალის მრავალფეროვნება.
თხევადი გაფართოება ბევრად უფრო სავარაუდოა, რომ მიიღოს კონტეინერის ფორმას, ასე რომ ამის ასახსნელად შეგიძლიათ გამოიყენოთ მოცულობითი გაფართოება. მყარი მასალის თერმული გაფართოების ხაზოვანი კოეფიციენტიაα, სითხის კოეფიციენტიაβგაზების თერმული გაფართოება იდეალური გაზის კანონია
PV = nRT
ზეწოლისთვისპ, მოცულობავ, მოლების რაოდენობან, გაზის მუდმივირდა ტემპერატურათ.