Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Laienemise rakendamine füüsikas
- Tahkete ainete soojuspaisumise rakendused igapäevaelus
- Termiline laienemine termodünaamikast
- Tenorid laienemisel
- Laienemise ja kokkutõmbamise rakendamine
- Paisumise eelkuumutamistemperatuurid
- Materjalide soojuspaisumise variatsioon
- Soojuspaisumine oleku järgi
Raudteed ja sillad võivad vajada paisumisvuugid. Metallist sooja veega küttetorusid ei tohiks kasutada pikkade, sirgete pikkustega. Skaneerivate elektrooniliste mikroskoopide abil tuleb tuvastada minimaalsed temperatuurimuutused, et muuta nende asukohta fookuspunkti suhtes. Vedelates termomeetrites kasutatakse elavhõbedat või alkoholi, nii et need voolavad temperatuuride muutuste tõttu vedeliku laienedes ainult ühes suunas. Kõik need näited näitavad, kuidas materjalid kuumuse mõjul pikenevad.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Tahke aine lineaarset laienemist temperatuurimuutuse korral saab mõõta Δ / ℓ = ΔΔT abil ning sellel on rakendusi tahkete ainete laienemise ja kokkutõmbumise kohta igapäevaelus. Tüvi, mille objekt läbib, mõjutab objekte üksteise paigaldamisel inseneritöös.
Laienemise rakendamine füüsikas
Kui tahke materjal paisub vastusena temperatuuri tõusule (soojuspaisumine), võib selle pikkus lineaarseks laienemiseks tuntud protsessis pikeneda.
Pikkusega solid tahke aine korral saate mõõta temperatuurimuutusest ΔT tingitud pikkuse erinevust Δℓ, et määrata tahke aine soojuspaisumistegur α: Δℓ / ℓ = ΔΔT laienemise ja kokkutõmbumise näide.
See võrrand eeldab aga, et rõhu muutus on väikese murdosa pikkuse muutuse korral tühine. Seda suhet Δℓ / ℓ tuntakse ka kui materiaalset tüve, mida tähistatakse kui ϵsoojus. Tüvi, materjalidele reageeriv stress, võib põhjustada selle deformeerumise.
Materjali paisumiskiiruse määramiseks proportsionaalselt selle materjali kogusega saate kasutada Lineaarse laienemise inseneri tööriistakastide koefitsiente. See võib teile öelda, kui palju materjal paisub, sõltuvalt sellest, kui palju sellest materjalist teil on, samuti kui palju temperatuuri muutust taotlete füüsika laiendamise rakenduseks.
Tahkete ainete soojuspaisumise rakendused igapäevaelus
Kui soovite tiheda purgi avada, saate seda kuuma vee all joosta, et kaant pisut laiendada ja avamist lihtsamaks muuta. Selle põhjuseks on asjaolu, et ainete, näiteks tahkete ainete, vedelike või gaaside kuumutamisel on nende keskmine väärtus kineetiline kineetiline energia tõuseb. Materjalis vibreerivate aatomite keskmine energia suureneb. See suurendab aatomite ja molekulide eraldumist, mis paneb materjali laienema.
Kuigi see võib põhjustada faasimuutusi, näiteks jää sulamine veeks, on termiline paisumine tavaliselt temperatuuri tõusust otsesem tulemus. Selle kirjeldamiseks kasutate soojuspaisumise lineaarset koefitsienti.
Termiline laienemine termodünaamikast
Materjalid võivad nende keemiliste muutuste tagajärjel paisuda või kahaneda, tuues nende väiksemahuliste keemiliste ja termodünaamiliste protsesside tagajärjel kaasa ulatusliku suuruse muutuse, samamoodi võivad sillad ja ehitised laieneda ekstreemse kuumuse käes. Inseneritöös saate mõõta soojuspaisumisest tingitud tahke aine pikkuse muutust.
Anisotroopne materjals, need, mille sisu erinevates suundades varieerub, sõltuvalt suunast võivad olla erinevad lineaarse laienemise koefitsiendid. Nendel juhtudel võite kasutada tenoreid, et kirjeldada soojuspaisumist kui tenorit, maatriksit, mis kirjeldab soojuspaisumistegurit igas suunas: x, y ja z.
Tenorid laienemisel
Polükristalliline materjalid, mis moodustavad klaasi nullilähedaste mikroskoopiliste soojuspaisumisteguritega, on tulekindlate materjalide, näiteks ahjude ja põletusahjude jaoks väga kasulikud. Tensorid saavad neid koefitsiente kirjeldada, arvestades nende anisotroopsete materjalide lineaarse laienemise erinevaid suundi.
Kordieriit, silikaatmaterjal, millel on üks positiivne soojuspaisumistegur ja üks negatiivne, tähendab, et selle tenor kirjeldab ruumala muutust põhimõtteliselt nullil. See teeb sellest ideaalse tulekindlate ainete aine.
Laienemise ja kokkutõmbamise rakendamine
Norra arheoloog arvas, et viikingid kasutasid soojuspaisumist kordieriit et aidata neil sajandite tagasi meredel liikuda. Islandil kasutasid suurte, läbipaistvate kordieriidi üksikute kristallidega kordieritist valmistatud päikesekive, mis suutsid valguse teatud suunas polariseerida ainult kristalli teatud orientatsioonides, et võimaldada neil liikuda pilves, pilves päeval. Kuna kristallid laieneksid ka väikese soojuspaisumisteguri korral, näitasid nad erksat värvi.
Insenerid peavad ehitiste ja sildade projekteerimisel arvestama sellega, kuidas objektid laienevad ja tõmbuvad kokku. Maamõõtmiste vahemaade mõõtmisel või kuumade materjalide vormide ja konteinerite kavandamisel peavad nad arvestama, kui palju maa või klaas võib paisuda reageerides temperatuurimuutustele.
Termostaadid tugineda kahe erineva õhukese metallriba bimetallribadele, mis asetsevad üksteise peal, nii et üks paisub temperatuurimuutuste tõttu palju rohkem kui teine. See põhjustab riba paindumise ja kui see juhtub, sulgeb see elektriskeemi ahela.
See põhjustab konditsioneeri käivitumise ja termostaatide väärtuste muutmisega muutub riba vaheline vooluringi sulgemiseks vahemaa. Kui välistemperatuur saavutab soovitud väärtuse, tõmbab metall vooluringi lahti ja konditsioneeri seiskama. See on üks paljudest laiendamise ja kokkutõmbumise näidetest.
Paisumise eelkuumutamistemperatuurid
Metallkomponentide eelsoojendamisel temperatuuril 150 ° C kuni 300 ° C laienevad need, nii et neid saab sisestada teise sektsiooni, seda protsessi nimetatakse induktsioonkahandamiseks. UltraFlex Power Technologies meetodid on hõlmanud induktsioonkahastusega teflonisolatsiooni paigaldamist traadile, kuumutades roostevabast terasest toru temperatuuril 350 ° C induktsioonimähise abil.
Soojuspaisumist saab kasutada tahkete ainete küllastumise mõõtmiseks gaaside ja vedelike seas, mida see aja jooksul imab. Kuivatatud ploki pikkuse mõõtmiseks enne ja pärast laskmist sellel aja jooksul vett imada, saate seadistada eksperimendi. Pikkuse muutus võib anda termilise paisumisteguri. See on praktiline kasutusvõimalus hoonete õhu laienemisega aja jooksul laienemise määramisel.
Materjalide soojuspaisumise variatsioon
Lineaarsed soojuspaisumistegurid varieeruvad selle aine sulamistemperatuuri pöördväärtusena. Kõrgema sulamistemperatuuriga materjalidel on madalamad lineaarsed soojuspaisumistegurid. Numbrid ulatuvad umbes 400 K väävli kohta kuni umbes 3700 volframi korral.
Soojuspaisumistegur sõltub ka materjali enda temperatuurist (eriti sellest, kas klaasistumistemperatuur on ületatud), materjali struktuurist ja kujust, kõigist katses osalenud lisaainetest ja võimalikust ristsidemest materjali polümeeride vahel aine.
Amorfsed polümeerid, kristallstruktuurideta materjalidel on tavaliselt madalamad soojuspaisumistegurid kui poolkristallilistel. Klaasi, naatriumkaltsium-ränioksiidklaasi või sooda-lubi-silikaatklaasi koefitsient on üsna madal - 9, kui klaasist esemete valmistamiseks kasutatud borosilikaatklaasil on 4,5.
Soojuspaisumine oleku järgi
Soojuspaisumine on kuivainete, vedelike ja gaaside vahel erinev. Tahked ained säilitavad üldjuhul oma kuju, kui neid konteiner ei piira. Nad laienevad, kui nende pindala muutub algse pindala suhtes protsessis, mida nimetatakse pindala laienemiseks või pealiskaudseks laienemiseks, samuti nende ruumala muutub algsest ruumalast mahu laienemise kaudu. Need erinevad mõõtmed võimaldavad mõõta tahkete ainete paisumist mitmel kujul.
Vedeliku paisumine toimub palju tõenäolisemalt mahuti kujul, nii et saate selle selgitamiseks kasutada mahulist paisumist. Tahkete ainete soojuspaisumise lineaarne koefitsient on α, vedelike koefitsient on β ja gaaside soojuspaisumine on ideaalne gaasiseadus PV = nRT surve jaoks Lk, maht V, moolide arv n, gaasikonstant R ja temperatuur T.