|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Тепловое расширение тел |
 | |
Анимация
Описание
Тепловым расширением называется эффект изменения размеров тела с изменением температуры при постоянном давлении. Это явление для твердых тел обусловлено несимметричностью потенциала взаимодействия атомов вещества в решетке, что приводит к ангармонизму колебаний атомов относительно среднего положения. Для газов это обусловлено увеличением кинетической энергии молекул и атомов.
Количественно тепловое расширение при постоянном давлении Р характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объемного или линейного).
Коэффициент объемного расширения a определяется как относительное изменение объема V при нагревании тела (твердого, жидкого или газообразного) на 1 К.
,
здесь Т - абсолютная температура тела.
Практическое значение a вычисляется по формуле:
,
где V1, V2 - объемы тела при температурах Т1 и Т2 , соответственно (Т1<Т2).
Для характеристики теплового расширения наряду с a используется коэффициент линейного расширения aL:
,
где l - размер тела в данном направлении.
В общем случае поликристаллических анизотропных тел, состоящих из анизотропных монокристаллов, aL=ax+ay+az , причем различие или равенство линейных коэффициентов теплового расширения ax, ay, az вдоль кристаллографических осей х, у, z определяется симметрией кристалла. Например, для кристаллов кубической системы, так же, как и для изотропных тел, aL= ax= ay= az и a = 3aл. Для большинства тел a>0, но существуют и аномалии. Например, вода при нагреве от 0 до 40С в условиях нормального атмосферного давления сжимается (a<0). Зависимость a(Т) наиболее заметна у газов (для идеального газа a=1/Т); у жидкостей она проявляется слабее. У ряда веществ в твердом состоянии (кварца, инвара и т.д.) коэффициент a мал и практически постоянен в широком интервале температур. При Т→0, α→0 коэффициент α и αL определяются экспериментальными методами.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Данный эффект широко используется при проектировании технических систем, работающих в экстремальных или оптимальных термоусловиях с большими перепадами температур. Аномальное свойство воды уменьшаться в объеме при увеличении температуры от 0 до 4°С, с одной стороны, является вредным, приводящим к размораживанию "гидросистем", т.е. их механическому разрушению, а с другой стороны является основой для ряда технологических процессов, например, разрушение горных пород. Кроме того, в технических устройствах широко используется так называемые биметаллические пластины как датчики предельных температур, приводящих к автоматическому включению выключению бытовых электроустройств (утюгов, пылесосов, холодильников и т.д.).
Широкое распространение данный эффект получил в механичеких тепловых релейных элементах.
Реализации эффекта
Реализация данного эффекта не требует никаких дополнительных средств, кроме обычного бытового спиртового или ртутного термометра. При его нагревании столбик жидкости растет, что и означает объемное расширение жидкости.
Литература
1. Физика. Большой энциклопедический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. - С. 90, 460.
2. Новый политехнический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. - С.20, 231, 460.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
