როგორც ჩანს, სითბოს შემოდინების ქვეშ ნაწილები აჩქარებს მათ ქაოტურ ნგრევას. როგორც კი გაზი გაცხელდება, მოლეკულები, რომლებიც მას ქმნიან, უბრალოდ იშლება. გახურებული სითხე თავდაპირველად გაიზრდება მოცულობაში, შემდეგ კი აორთქლდება. რა დაემართება მყარ სხეულებს? ყველა მათგანს არ შეუძლია შეცვალოს მათი აგრეგაციის სადგური.

თერმული გაფართოება: მოწინავე

თერმული გაფართოება არის სხეულის ზომისა და ფორმის ცვლილება ტემპერატურის ცვლილების გამო. მათემატიკურად შესაძლებელია გამოვთვალოთ მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტი, რაც საშუალებას გვაძლევს ვიწინასწარმეტყველოთ გაზებისა და გაზების ქცევა მიმდინარე გონებაში, რომელიც იცვლება. იგივე შედეგების მისაღებად მყარიფიზიკოსებმა ნახეს ასეთი კვლევის მთელი განყოფილება და მას დილატომეტრია უწოდეს.

ინჟინრებს და არქიტექტორებს სჭირდებათ ცოდნა სხვადასხვა მასალის ქცევის შესახებ მაღალი და დაბალი ტემპერატურის გავლენის ქვეშ სტრუქტურების, დაგებული გზებისა და მილების დიზაინისთვის.

გაზის გაფართოება

აირების თერმულ გაფართოებას თან ახლავს მათი სივრცის გაფართოება. ეს ნატურ-ფილოსოფოსებმა დიდი ხნის წინ აღნიშნეს, მაგრამ მხოლოდ თანამედროვე ფიზიკოსებს აქვთ მათემატიკური განვითარება.

კარგა ხანია, სფეროს გაფართოებით ვიყავით დაკავებულები, მაგრამ მათ წინაშე მტკიცე ამოცანები დადგა. სუფრის სუნი იმ დონემდე იყო აღებული, რომ ისინი ცდილობდნენ შესანიშნავი შედეგების მიღწევას. რა თქმა უნდა, სამეცნიერო საზოგადოება არ არის კმაყოფილი ამ შედეგით. სამყაროს სიზუსტე სხვა მდიდარი გონების ხელში იყო. ზოგიერთ ფიზიკოსს გაუჩნდა მოსაზრება, რომ აირების გაფართოება ხდება ტემპერატურის ცვლილებების გამო. მაგრამ ეს სიძუნწე არ არის მთლად...

რობოტი დალტონი და გეი-ლუსაკი

ფიზიკოსები იბრძოდნენ მანამ, სანამ არ გახმაურდნენ, ან უარს იტყოდნენ გადაშენებამდე, თითქოს არა ვაინი და სხვა ფიზიკოსი, გეი-ლუსაკი, ერთდროულად შეძლეს გადაშენების შედეგების შეცვლა.

ლუსაკი ცდილობდა გაერკვია ასეთი რაოდენობის სხვადასხვა შედეგის მიზეზი და აღნიშნა, რომ აღმოჩენის დროს ზოგიერთ მოწყობილობაში იყო წყალი. ბუნებრივია, გაცხელების პროცესში ის ორთქლად გადაიქცევა და ცვლის კვალი გაზების რაოდენობასა და შენახვას. პირველი, რაც უნდა გააკეთოთ, სავარჯიშოების დასრულების შემდეგ, არის ექსპერიმენტის ჩასატარებლად გამოყენებული ყველა ინსტრუმენტის გულდასმით გაშრობა და მიკვლეული გაზიდან მინიმალური რაოდენობის ტენის ჩართვა. ყველა ამ მანიპულაციის შემდეგ, პირველი რამდენიმე კვალი საიმედო აღმოჩნდა.

დალტონმა ეს კვლევები დაიწყო თავის კოლეგამდე და გამოაქვეყნა შედეგები მე-19 საუკუნის დასაწყისში. ღვინოს აშრებდნენ გოგირდმჟავას ორთქლზე და შემდეგ აცხელებდნენ. მთელი რიგი კვლევების შემდეგ ჯონმა აღმოაჩინა, რომ ყველა აირი და ორთქლი ფართოვდება 0,376 კოეფიციენტით. ლუსაკის ნომერი იყო 0,375. ეს გამოძიების ოფიციალური შედეგი გახდა.

წყლის ორთქლის გამძლეობა

გაზების თერმული გაფართოება ინახება მათი წნევის ქვეშ, რათა მან შემობრუნდეს გამოსასვლელში. აზროვნების პირველი ჯაჭვი მეთვრამეტე საუკუნის შუა ხანებში ზიგლერს მიაკვლია. მაგრამ ამ გამოძიების შედეგები განსხვავებული უნდა ყოფილიყო. უფრო საიმედო ფიგურები ამოღებულია და გამოიყენება მაღალი ტემპერატურატატ ქვაბი, ხოლო მოკლეთათვის - ბარომეტრი.

მაგალითად, მე-18 საუკუნის ბოლოს, ფრანგი ფიზიკოსი პრონი ცდილობდა გამოეყვანა ერთი ფორმულა, რომელიც აღწერდა გაზების ელასტიურობას, მაგრამ ის ძალიან მოცულობითი და რთული აღმოჩნდა ვიკორისტისთვის. დალტონმა გადაწყვიტა გადაამოწმოს სიფონის ბარომეტრთან დაკავშირებული ყველა წესი. მიუხედავად იმისა, რომ ყველა სუბიექტს არ ჰქონდა ერთი და იგივე ტემპერატურა, შედეგები კიდევ უფრო ზუსტი აღმოჩნდა. ამიტომ მან ისინი ცხრილის სახით გამოაქვეყნა თავის ასისტენტთან ერთად ფიზიკაში.

აორთქლების თეორია

აირების თერმული გაფართოება (როგორც ფიზიკური თეორია) განიცადა სხვადასხვა ცვლილებები. უკვე დიდი ხანია განიხილება ორთქლის წარმოქმნის პროცესების არსი. აქ კვლავ ჩნდება ჩვენთვის უკვე ნაცნობი ფიზიკოსი დალტონი. ჩვენ ჩამოვაყალიბეთ ჰიპოთეზა, რომ ნებისმიერი სივრცე გაჯერებულია გაზის ორთქლით, მიუხედავად იმისა, თუ რა ტიპის გაზი ან ორთქლი არის ავზში (დაბინავებული). ასე რომ, თქვენ შეგიძლიათ ფულის შოვნა, რომ ქვეყანა არ აორთქლდეს, მხოლოდ ატმოსფერული ჰაერით წერტილში შესვლით.

ჰაერის წნევა შუა ზედაპირზე ზრდის სივრცეს ატომებს შორის, მოძრაობს მათ ერთ დროს და აორთქლდება, ასე რომ ორთქლი იქმნება. მიუხედავად იმისა, რომ გრავიტაციის ძალა აგრძელებს ორთქლის მოლეკულებზე მოქმედებას, ყოველთვის იყო გათვალისწინებული, რომ ატმოსფერული წნევა გავლენას არ ახდენს აორთქლების პროცესზე.

რაიონის გაფართოება

თერმული გაფართოების მონიტორინგი ხდებოდა გაზების გაფართოების პარალელურად. ისინი თავადაც საუკუნეების მანძილზე ეწეოდნენ სამეცნიერო კვლევებს. ამ სუნისთვის გამოიყენებოდა თერმომეტრები, აერომეტრები, სამეცნიერო ინსტრუმენტები და სხვა ინსტრუმენტები.

ყველა მათგანი მჭიდროდ მიჰყვებოდა დალტონის თეორიას, რომ მსგავსი ერთეულები ფართოვდებიან იმ ტემპერატურის კვადრატის პროპორციულად, რომელზეც ისინი თბება. ბუნებრივია, რაც უფრო მაღალი იყო ტემპერატურა, მით მეტი იყო მათზე ზეწოლა, თორემ მათ შორის პირდაპირი შენახვა არ იყო. გაფართოების ეს სითხე განსხვავებული იყო ყველა ქვეყნისთვის.

მაგალითად, წყლის თერმული გაფართოება იწყება ნული გრადუსი ცელსიუსით და გრძელდება დაბალ ტემპერატურაზე. ადრე ასეთი კვლევის შედეგები უკავშირდებოდა იმ ფაქტს, რომ გაფართოებული არ არის თავად წყალი, არამედ წყლის ხმა, სადაც ის გვხვდება. და დაახლოებით ერთი საათის შემდეგ ფიზიკოსი დელუკა საბოლოოდ მივიდა იმ აზრამდე, რომ კვალის მიზეზი თავად ქვეყანაში უნდა ვეძებოთ. გსურთ იცოდეთ ყველაზე სქელი სითხის ტემპერატურა. თუმცა, ეს არ იყო განმარტებული დეტალური დეტალების ნაკლებობით. რამფორტმა, რომელმაც ამ ფენომენის შესწავლა დაიწყო, დაადგინა, რომ წყლის მაქსიმალური სისქე უნდა იყოს 4-დან 5 გრადუს ცელსიუსამდე.

Თერმული გაფართოება

მყარ სხეულებში თავის მექანიზმი ფართოვდება და ცვლის კრისტალური რქების ამპლიტუდას. იაკშჩო კაზათი მარტივი სიტყვებითატომები, რომლებიც შედიან მატერიალურ საწყობში და მჭიდროდ არიან ერთმანეთთან დაკავშირებული, იწყებენ „კანკალს“.

სხეულების თერმული გაფართოების კანონი ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: თუ L წრფივი განზომილების მქონე სხეული თბება dT-ით (დელტა T არის განსხვავება ბირთვსა და ბოლო ტემპერატურას შორის), ის ფართოვდება dL მნიშვნელობით (დელტა L იგივეა. კოეფიციენტი nta ხაზოვანი თერმული გაფართოება dovzhin ob'-ისთვის ეს განპირობებულია ტემპერატურის სხვაობით). ეს არის ამ კანონის უმარტივესი ვერსია, რომელშიც ნათქვამია, რომ სხეული ფართოვდება ყველა მხრიდან. ალისთვის პრაქტიკული რობოტებიბევრად უფრო რთული გამოთვლების გამოყენების ნაცვლად, რეალური მასალები არც თუ ისე რთულია, როგორც ეს ფიზიკოსებისა და მათემატიკოსების მოდელირებულია.

ფილების თერმული გაფართოება

გლუვი ფურცლის დასაყენებლად ფიზიკურ ინჟინერებს ახლა მოუწოდებენ ზუსტად გამოთვალონ ნამსხვრევები, რომლებიც უნდა განთავსდეს რელსებს შორის ისე, რომ გაცხელების ან გაგრილებისას ნაწილები არ დეფორმირდეს.

როგორც ზემოთ აღინიშნა, თერმული ხაზოვანი გაფართოება სტაგნირდება ყველა მყარ სხეულში. პირველი ლიანდაგი არ იყო დამნაშავე. ალე ერთი დეტალია. ხაზოვანი ცვლილება ადვილად შეიმჩნევა იმ შემთხვევებში, როდესაც ხახუნის ძალა სხეულში არ შემოვა. შლაპები მყარად არის მიმაგრებული შპალერებზე და შედუღებული სლაპებიდან, კანონის მიხედვით, რომელიც აღწერს ცხოვრების ცვლილებას, ხდება ქუსლის გადასვლა გაშვებული და ჯოხის საყრდენების სახით.

მას შემდეგ, რაც თაროს არ შეუძლია შეცვალოს მისი დაძაბულობა, მაშინ ტემპერატურის ცვლილებით იზრდება მასში თერმული სტრესი, რომელიც შეიძლება იყოს დაჭიმული ან შეკუმშული. ეს ფენომენი აღწერილია ჰუკის კანონით.

როგორც ჩანს, მყარი ნივთიერებები გაცხელებისას ზრდის მათ ძალას. ცე - თერმული გაფართოება. მოდით შევხედოთ მიზეზებს, რომლებიც იწვევს სხეულის მოცულობის გაზრდას გათბობის დროს.

ცხადია, კრისტალის ზომა იზრდება ატომებს შორის საშუალო მანძილის ზრდის გამო. ამრიგად, ტემპერატურის მატება ზრდის ბროლის ატომებს შორის საშუალო მანძილს. რა იწვევს ატომებს შორის მანძილის გაზრდას გაცხელებისას?

ბროლის ტემპერატურის ზრდა ნიშნავს თერმული ნაკადის ენერგიის ზრდას, ანუ პლანეტების ატომების თერმულ ვიბრაციას (განყოფილება 459) და, შესაბამისად, ამ ვიბრაციების ამპლიტუდის ზრდას.

თუ ატომების შეჯახების ამპლიტუდის ზრდა იწვევს მათ შორის საშუალო მნიშვნელობის ზრდას.

ატომების ვიბრაცია რომ იყოს უკიდურესად ჰარმონიული, მაშინ მაგიდის კანის ატომი მიუახლოვდება მის ერთ-ერთ ჭურჭელს, რამდენადაც დაშორდება მეორისგან და ამ ვიბრაციის გაზრდილი ამპლიტუდა არ გამოიწვევდა მის შუა ბირთვის ცვლილებას. ფაზები და, შესაბამისად, თერმული გაფართოებამდე.

სინამდვილეში, კრისტალური მედის ატომები განიცდიან ანჰარმონიულ (ანუ არა ჰარმონიულ) ვიბრაციას. ეს გამოწვეულია ატომებს შორის ურთიერთქმედების სიძლიერის ბუნებით მათ შორის სივრცეში. როგორც მითითებულია ამ თავის თავზე (დაყოფა სურ. 152 და 153), მისი სიღრმე ისეთია, რომ ატომებს შორის დიდი მანძილით ან ატომებს შორის ურთიერთქმედებით ჩნდება გრავიტაციული ძალების სახით და მნიშვნელობის ცვლილებით შევცვალოთ ჩვენი ნიშანი და გავხდეთ ცვლილებებიდან მზარდი ედშტოვჰუვანნიას ძალები.

ეს მივყავართ იმ ფაქტს, რომ ატომების შეჯახების "ამპლიტუდის" მატებასთან ერთად კრისტალის გაცხელების შედეგად, ატომებს შორის ურთიერთქმედების ძალების ზრდა აღემატება სიმძიმის ძალების ზრდას. წინააღმდეგ შემთხვევაში, როგორც ჩანს, ატომს ერთი ჭურჭლიდან მეორეზე გადაადგილება „უფრო ადვილი“ ეჩვენება. ამან, რა თქმა უნდა, შეიძლება გამოიწვიოს ატომებს შორის საშუალო მანძილის გაზრდა, რათა სხეული გაცხელდეს, როდესაც გაცხელდება.

როგორც ჩანს, მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოების მიზეზი არის ატომების შეჯახების არაჰარმონიულობა ბროლის გისოსთან.

თერმული გაფართოება ძლიერ ხასიათდება წრფივი და მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტებით, რომლებიც გამოითვლება ამ გზით. ნება მიეცით სხეულს იცოცხლოს I, როდესაც ტემპერატურა იცვლება გრადუსით, იცვლება მისი წვლილი ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტში, განისაზღვრება ურთიერთმიმართებიდან.

მაშინ წრფივი გაფართოების კოეფიციენტი იგივეა, რაც ტემპერატურის ერთი გრადუსით შეცვლისას. ასე რომ, მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტი თავად განისაზღვრება ფორმულით

შემდეგ წყლის ტრადიციული ცვლილების კოეფიციენტი მორგებულია ერთ გრადუსზე. შემდეგ ბროლის მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტი

კუბური სიმეტრიის მქონე კრისტალებისთვის, ასევე იზოტროპული მყარისთვის,

ასეთი სხეულებისგან გადაბრუნებული ბირთვი გახურების შემდეგაც კი კარგავს ბირთვს (ცხადია, უფრო დიდი დიამეტრით).

დიდ კრისტალებში (მაგალითად, ექვსკუთხა)

ხაზოვანი და მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტები პრაქტიკულად არ არის მუდმივი, რადგან ტემპერატურული ინტერვალები, რომლებშიც სუნი შეინიშნება, მცირეა, ხოლო თავად ტემპერატურა მაღალია. თერმული გაფართოების კოეფიციენტები უნდა იყოს დამოკიდებული ტემპერატურაზე და, უფრო მეტიც, ისევე, როგორც სითბოს სიმძლავრე, ამიტომ დაბალ ტემპერატურაზე კოეფიციენტები იცვლება უფრო დაბალი ტემპერატურით ტემპერატურის კუბის პროპორციულად, ისევე როგორც სითბოს სიმძლავრე,

ნულამდე აბსოლუტური ნულისთვის. ეს გასაკვირი არ არის, რადგან სითბოს სიმძლავრეც და თერმული გაფართოებაც დაკავშირებულია გისოსის ვიბრაციებთან: სითბოს სიმძლავრე უზრუნველყოფს სითბოს რაოდენობას, რომელიც აუცილებელია ატომების თერმული ვიბრაციების საშუალო ენერგიის გასაზრდელად, რომლებიც დევს კოლივანის ამპლიტუდაში, თერმული გაფართოების კოეფიციენტს შორის. შუა შეერთების ატომები, რომლებიც შეიძლება იყოს ატომური კოლივანების ამპლიტუდის ფარგლებში

ეს გვიჩვენებს გრუნაიზენის მიერ აღმოჩენილ მნიშვნელოვან კანონს: თერმული გაფართოების კოეფიციენტის თანაფარდობა მყარი ნივთიერების ატომური სითბოს ტევადობასთან მოცემული გამოხატულებისთვის არის მუდმივი მნიშვნელობა (ასე რომ არ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე).

მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოების კოეფიციენტები ძალიან მცირეა, როგორც ეს ცხრილიდან ჩანს. 22. შეიყვანეთ კოეფიციენტების მნიშვნელობები ამ ცხრილში და მიიტანეთ ისინი ტემპერატურულ დიაპაზონში და

ცხრილი 22 (დივ. სკანირება) მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოების კოეფიციენტები

ამ ტიპის პროდუქტებს აქვთ განსაკუთრებით დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი. ასეთი სიმძლავრე გამოიყენება, მაგალითად, კვარცში, მეორე მაგალითი შეიძლება იყოს ნიკელის და ლითონის შენადნობი (36% Ni), რომელიც ცნობილია როგორც ინვარი. ეს სიტყვები ფართოდ გამოიყენებოდა ზუსტი კორექტირებისთვის.

როგორც კი სხეული გაცხელდება, ატომების (მოლეკულების) ნაკადი ინტენსიური იქნება. სუნი სხვადასხვა ზომისაა და მეტ ადგილს იკავებს. ეს ხსნის ცნობილ ფაქტს: როდესაც მყარი თბება, ზოგჯერ გაზის მსგავსი სხეულები ფართოვდება.

აირების თერმული გაფართოება დიდი ხნის განმავლობაში არ განხილულა: აირებს შორის ტემპერატურის პროპორციულობაც კი არის ჩვენი ტემპერატურის მასშტაბის საფუძველი.

ფორმულიდან V = V 0 / 273 *T მეტია, ვიდრე გაზზე გაცხელებისას მუდმივი წნევის ქვეშ, ის იზრდება 1 0 C ტემპერატურაზე გაცხელებისას მისი მოცულობის 1/273 ნაწილით (ანუ 0,0037) 0 ° C ტემპერატურაზე. (ამ პოზიციას გეი-ლუსაკის კანონი ჰქვია).

ექსტრემალურ პირობებში, ოთახის ტემპერატურაზე და ნორმალურ ატმოსფერულ წნევაზე, გაფართოება ჩვეულებრივ ორ-სამჯერ ნაკლებია, ვიდრე აირები.

ჩვენ უკვე არაერთხელ ვისაუბრეთ წყლის გაფართოების უნიკალურობაზე. როდესაც თბება 0-დან 4 ° C-მდე, წყლის მოცულობა იცვლება გათბობით. გაფართოებული წყლის ეს თვისება კოლოსალურ როლს ასრულებს დედამიწაზე სიცოცხლეში. გაზაფხულზე, გამაგრილებელი წყლის სამყაროში, გაციებული ზედა ბურთები სქელი ხდება და ძირში იძირება. მათ ადგილას ქვემოდან თბილი წყალი მოდის. თუმცა, შერევა გრძელდება მანამ, სანამ წყლის ტემპერატურა არ დაეცემა 4°C-მდე. ტემპერატურის შემდგომი ვარდნით, ზედა ბურთულები აღარ იკუმშება, შესაბამისად, არ გახდება მნიშვნელოვანი და არ ჩაიძირება ბოლოში. ამ ტემპერატურიდან დაწყებული ზედა ბურთი თანდათან კლებულობს, აღწევს ნულოვან გრადუსს და იყინება.

მხოლოდ წყლის ეს თავისებურება კვეთს გაყინულ მდინარეს ფსკერამდე. თითქოს წყალმა დაკარგა თავისი სასწაულებრივი განსაკუთრებულობა, მოკრძალებული წარმოსახვის მიღმა ადვილია მისი მძიმე მემკვიდრეობის ამოცნობა.

მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოება უფრო დაბალია, თერმული გაფართოება უფრო დაბალია. ეს ასობით და ათასობით ჯერ ნაკლებია, ვიდრე გაზების გაფართოება.

ბევრი ჩამოვარდნისას თერმული გაფართოება დაიფარება ჯვარედინი ზოლით. ამრიგად, საიუბილეო მექანიზმის მოძრავი ნაწილების ზომების შეცვლა ტემპერატურის ცვლილებით გამოიწვევს საიუბილეო მექანიზმის მოძრაობის ცვლილებას, ისე რომ ამ თხელი ნაწილებისთვის სპეციალური შენადნობი-ინვარი არ ჩერდება (ინვარიანტული თარგმანი ნიშნავს უცვლელი, ასე და სახელწოდება „ინვარ“). Invar - ფოლადი დიდი რაოდენობით ნიკელის - ფართოდ გამოიყენება აღჭურვილობაში. იანვარში თმის შეჭრა დაკარგავს სიცოცხლის მემილიონედს ტემპერატურის 1°C-ით ცვლილების გამო.

როგორც ჩანს, მყარი ნივთიერებების თერმულმა გაფართოებამ შეიძლება გამოიწვიოს სერიოზული შედეგები. მარჯვნივ არის ის, რომ ადვილი არ არის მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოების კონტროლი მათი დაბალი შეკუმშვის გამო.

როდესაც ფოლადის ღერო თბება 1°C-ით, მისი სიძლიერე იზრდება ასი ათასზე მეტით ან თვალით გაუზომავი რაოდენობით. ამასთან, გაფართოების შესაცვლელად და თმის შეჭრის ასი ათასით შეკუმშვისთვის, საჭირო ძალა არის 20 კგფ 1 სმ 2-ზე. და ეს მხოლოდ იმისთვის, რომ შემცირდეს ტემპერატურის მატება 1 0 C-ზე ნაკლებით!

სპირალურმა ძალებმა, რომლებიც წარმოიქმნება თერმული გაფართოების შედეგად, შეიძლება გამოიწვიოს ავარია და კატასტროფები, თუ ისინი არ განიხილება. ასე რომ, ამ ძალების აღმოსაფხვრელად, ხიდის ფურცლის ფილები იდება ხარვეზებით. გთხოვთ, გაითვალისწინოთ ეს მინის ჭურჭლის გამოყენებისას, რომელიც ადვილად იბზარება არათანაბრად გაცხელებისას. ლაბორატორიულ პრაქტიკაში ამის ნაწილის შენახვა აუცილებელია კვარცის მინისგან დამზადებული ჭურჭლით (კვარცის შერწყმა - სილიციუმის ოქსიდი, რომელიც ამორფულ მდგომარეობაშია). ამავდროულად, გაცხელებული სპილენძის ბარი გაიზრდება მილიმეტრით, ხოლო იგივე კვარცის ბლოკი შეცვლის მის სისქეს წარმოუდგენელ მნიშვნელობამდე 30-40 მიკრონი. კვარცის გაფართოება იმდენად მცირეა, რომ კვარცის ჭურჭელი შეიძლება გაცხელდეს ას გრადუსამდე და შემდეგ შიშის გარეშე ჩააგდოს ცივ წყალში.

ეს ძალა დამახასიათებელია ყველა გამოსვლისთვის. როდესაც სითხე თბება, მისი ნაწილები ინტენსიურად იშლება, რაც იწვევს მათ შორის შუა მანძილების გაზრდას.

უფრო დიდი სხეულები მატულობს მოცულობას ტემპერატურის მატების შედეგად, რადგან არსებობს მთელი რიგი დამნაშავეები. წესის ყველაზე პოპულარული კონდახი წყალია, რომელიც 0-ის ფარგლებშია? C-დან 4-მდე? ცვლის თავის მომსახურებას მაღალ ტემპერატურაზე თუ სუფთა სილიკონს -255 ტემპერატურაზე? C i -153? C.

მეტროლოგიის განყოფილებას, რომელიც იყენებს ამ მეთოდის სიმძლავრეს თერმული გაფართოების გამოსათვლელად, ეწოდება დილატომეტრი, ხოლო თერმული გაფართოების პარამეტრების განსაზღვრის მოწყობილობას - დილატომეტრი.

ტემპერატურის ცვლილებას დამატებული მეტყველების გაფართოების სიჩქარეს ეწოდება თერმული გაფართოების კოეფიციენტი, რომელიც ზოგადად დამოკიდებულია ტემპერატურაზე.

1. მოცულობითი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი (მყარი ვარდნა)

აირის, თხევადი ან მყარი, მოცულობითი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი გამოჩნდება

ინდექსი გვნიშნავს, რომ გაფართოების დროს წნევა მუდმივი ხდება და ინდექსი ვმე ვამბობ, რომ ეს არის მოცულობითი (არა ხაზოვანი) გაფართოება. გაზის შემთხვევაში, ის ფაქტი, რომ წნევა იმდენად მნიშვნელოვანი გახდა, რომ დარჩენილი გაზი რჩება წნევის ქვეშ, ისევე როგორც ტემპერატურა. დაბალი სისქის აირებისთვის, ეს შემცველობა აღწერილია, როგორც იდეალური გაზის ტოლი.

2. მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოება

2.1. ხაზოვანი თერმული გაფართოება

p align="justify"> ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი გამოითვლება, როგორც მასალის წრფივი ზომების ცვლილება ტემპერატურის შეცვლამდე. კარგად, ეს არის ტემპერატურის მნიშვნელოვანი ცვლილება. მარტივად შეგიძლიათ დაწეროთ:

დე - ხაზოვანი ზომა (მაგალითად, დოჟინა) და - წრფივი ზომის ცვლილება ტემპერატურის ერთი ცვლილებით.

ხაზოვანი განზომილების შესამჩნევი ცვლილება, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს შესამჩნევი დეფორმაციის სახით, შეიძლება დაფიქსირდეს:

ეს კარგად მუშაობს მანამ, სანამ ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტი მუდმივია ტემპერატურის დიაპაზონში. როდესაც ხაზოვანი გაფართოების ფაქტორი იცვლება, ხაზის გაფართოების ფაქტორი უნდა იყოს ინტეგრირებული.

2.2. თერმული გაფართოების მოცულობა

მყარი მასალებისთვის, მასალაზე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ვიზა და შეიძლება ჩაიწეროს თერმული გაფართოების მოცულობითი კოეფიციენტი

დე - მასალასთან კომბინაცია, მოცულობის ცვლილების ინტენსივობა და ტემპერატურის ცვლილება.

ეს ნიშნავს, რომ ზრდა უნდა იყოს გარკვეული ფიქსირებული პროპორციით. მაგალითად, ფოლადის ბლოკი 1 მ მოცულობით? შეუძლია გაფართოვდეს 1,02 მ?-მდე, ტემპერატურის მატებაზე 50 K. გაფართოების სიჩქარე არის 2%, ან 0,04% კანზე K. როგორც ვიცით თერმული გაფართოების კოეფიციენტი, ჩვენ შეგვიძლია გავაფართოვოთ სხეულის მოცულობის მნიშვნელობა ტემპერატურის ცვლილებებისთვის. .

ამ შემთხვევაში მნიშვნელოვანია, რომ თერმული გაფართოების კოეფიციენტი დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. ტემპერატურის მცირე ცვლილებებისთვის, ეს საკმაოდ ახლოსაა, თუმცა ეს ყოველთვის ასე არ არის. ვინაიდან მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტი არსებითად იცვლება ტემპერატურასთან ერთად, განტოლება უნდა იყოს ინტეგრირებული:

აქ - პოჩატკოვის ტემპერატურა არის მოცულობითი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ტემპერატურის ფუნქციით თ.

2.3. იზოტროპული მასალების დაქვეითება

იზოტროპული მასალებისთვის დააყენეთ ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი მოცულობითი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის დაახლოებით მესამედზე.

2.4. ანიზოტროპული მასალების დაქვეითება

ანიზოტროპული სტრუქტურის მქონე მასალები, როგორიცაა კრისტალები ან კომპოზიტები, ჩვეულებრივ ავლენენ სხვადასხვა ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტებს სხვადასხვა მიმართულებით. შედეგად, მოცულობითი გაფართოების გარე მნიშვნელობა არათანაბრად ნაწილდება სამ ღერძს შორის. ასეთ სიტუაციებში, თერმული გაფართოების გაფართოებისთვის, ინერგება თერმული გაფართოების კოეფიციენტის ტენსორი, რომელსაც შეუძლია ექვსამდე დამოუკიდებელი კომპონენტის განთავსება.

3. აირების თერმული გაფართოება

4. თერმული გაფართოება

ბაღის ფრაგმენტები არ აჩვენებს ტენიანობას საერთო ზომებში, ამიტომ ბაღისთვის ტემპერატურის გაფართოება ჩანს მოცულობითი თვალსაზრისით:

როგორც ხელნაწერი

რუსეთის ფედერაციის განათლებისა და მეცნიერების სამინისტრო

ვოლგოგრადის არქიტექტურისა და სამოქალაქო ინჟინერიის სახელმწიფო უნივერსიტეტი

ფიზიკის დეპარტამენტი

მყარი ფილების თერმული გაფართოება

მეთოდური შესავალი ლაბორატორიული სამუშაო No10

ვოლგოგრადი2013

UDC 537(076.5)

მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოება: მეთოდი. ჩანართები ლაბორატორიულ სამუშაოებამდე / შეკვეთა. , ; VolgDASA, ვოლგოგრადი, 20с.

მითითებით ლაბორატორიული რობოტებიეს არის მყარი ნივთიერების ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი. მოცემულია წრფივი და მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტების იდენტიფიცირება. ახსნილია თერმული გაფართოების ფენომენი. მოწოდებულია ვიმირუს მეთოდის აღწერა. აღწერილია Vikonanny რობოტების რიგი. დადგენილია უსაფრთხოების წესები და დაწესებულია სურსათის კონტროლი.

ყველა სპეციალობის სტუდენტებისთვის დისციპლინის "ფიზიკა"

ილ. 5. მაგიდა. 2. ბიბლიოგრ. 2 ტიტული

© ვოლგოგრადის არქიტექტურისა და მშენებლობის სახელმწიფო აკადემია, 2002 წ

© Skladannya, 2002 წ

მეტა რობოტები ─ მყარი ნივთიერების ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის გამოხატულება.

დაარეგულირეთ და დაარეგულირეთ . 1. ლითონის მილი. 2. ელექტრო გათბობის სისტემა. 3. შუქის სენსორი. 4. თერმოწყვილი. 5. მილივოლტმეტრი (ან მილიამპერმეტრი). 6. ლაბორატორიული ავტოტრანსფორმატორი (LATR).

1. თეორიულად შესავალი

გაცხელებისას ყველა სხეული ფართოვდება და სიცივისას იკუმშება. მყარი სხეულებისთვის აზრი აქვს ლაპარაკს წრფივ გაფართოებაზე. ტემპერატურაზე დამოკიდებულება უზრუნველყოფილია ელექტროგადამცემ ხაზებზე მავთულის გაცხელებისას, ორთქლის მილსადენების ვენტილაციისას, ხიდების დაძაბვის, შლაკების დაგების და ა.შ.

ასეთი გაფართოების დასახასიათებლად შემოგთავაზებთ შემდეგ მნიშვნელობებს: - იგივე სხეულის დოვჟინი K ტემპერატურაზე. სხეულის დოვჟინის ცვლილება იმავე ტემპერატურაზე გაცხელებისას http://pandia.ru/text/80/058/images /image007_40.gif" width="97" height ="52 src=">

წყლის ცვლილების თანაფარდობას, სანამ არ მოხდება ტემპერატურის ცვლილება, ეწოდება ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი:

(1)

დიდი ტემპერატურის ცვლილებებით ან მაღალი სიზუსტით, კორექტირებისა და გაფართოების კოეფიციენტის შენარჩუნება შეუძლებელია. ის მატულობს მაღალ ტემპერატურასთან ერთად და იცვლება ამ ცვლილებებით, აბსოლუტურ ნულთან ახლოს ნულამდე ეცემა. ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტების მნიშვნელობები ნაჩვენებია ცხრილში. 1.

ცხრილი 1

ფორმულიდან (1) ცხადია, რომ სხეულის გაორმაგება ნებისმიერ ტემპერატურაზე

(2)

სხეულის მოცულობითი გაფართოების დასახასიათებლად შეყვანილია შემდეგი მნიშვნელობები: i – შეესაბამება სხეულის მოცულობას ტემპერატურაზე http://pandia.ru/text/80/058/images/image012_33.gif" გაცხელებისას. on

http://pandia.ru/text/80/058/images/image015_29.gif" width="168" height="52"> (3)

სხეულის მოცულობა მაღალ ტემპერატურაზე

(4)

მყარი ნივთებისთვის იხილეთ ცხრილი. 1 ემატება წრფივი გაფართოების კოეფიციენტს, ნარჩენი ხაზოვანი გაფართოებისა და მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტებს შორის არის სიმღერის კავშირის საფუძველი.

თუ ავიღებთ კუბს მოცემული ნეკნებით ტემპერატურაზე (ნახ. 1), მისი მოცულობა, როდესაც გაცხელდება ნეკნების გაცხელებამდე, იზრდება მოცულობამდე, ამიტომ შეგვიძლია შევცვალოთ ფორმულები (2) და (4)

http://pandia.ru/text/80/058/images/image024_17.gif" width="299 height=28" height="28">

P align = "Justify"> Khefizynt Liniyny Rosshirenni for Tordich Richovin Otzhe, Danis Vidn-ში შეუძლია იყოს წევრი წევრებთან, punsita a2 I A3, yak undead ერთად Malimi აბრუნებს წესრიგის ბრძანებებს და პონსიგიურ ნაბიჯებს. ვიიდე ვარსკვლავები

იაკშჩო მასა ტილა მროდესაც ტემპერატურა იცვლება, ის მუდმივი ხდება, მაშინ სითხის სისქე უნდა ემთხვეოდეს ტემპერატურას, რადგან მოცულობა იცვლება ტემპერატურასთან ერთად. თფორმულა http://pandia.ru/text/80/058/images/image030_10.gif" width="239" height="52"> (6)

კვალის დაშლისას, დარწმუნდით, რომ ცხრილებში მითითებულია ფისის სიძლიერე 273 K. სხვა ტემპერატურაზე სიძლიერე გამოითვლება შემდეგი ფორმულით (6).

ზოგიერთ კრისტალში, გაცხელებისას, მათი წრფივი ზომები ზოგიერთი მიმართულებით განსხვავებულად იზრდება, ზოგიერთ მიმართულებით ისინი არა მხოლოდ იზრდება, არამედ იცვლება. ამ ფენომენს ე.წ ანიზოტროპია.

მყარ სხეულში ატომები განიცდიან თერმულ ვიბრაციას კრისტალური ქანების შეკრების გამო. ნახ. 2 გვიჩვენებს ორ უახლოეს ატომს, ადექით რრომელთა შორის ცვლილებები ხდება კოლოკაციის პროცესში..gif" width="76" height="25 src="> მყარი ნივთიერების ატომების თერმული დალაგების ამპლიტუდა არ აღემატება ატომებს შორის თანაბარი მანძილის 10%-ს (ერთად. X- მინიმალური მნიშვნელობა). როგორც ატომები გადავიდნენ კობის პოზიციიდან X, მაშინ მათი ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია უდრის

(7)

დე აі ბ- დადებითი დადებითი კოეფიციენტები;

- პოტენციური ენერგიის მინიმალური მნიშვნელობა.

ნახ..gif-ში (width="13" height="15"> (შეწოვის ხაზი). მრუდის მნიშვნელობის აშკარა ასიმეტრიული ბუნება ვიცით ატომებს შორის ურთიერთქმედების ძალა

(8)

როდესაც ატომები ერთმანეთთან ახლოსაა, ძალა და ურთიერთქმედება იძენს ცვლილების ხასიათს. თუმცა, როდესაც ჩანს, ე.ი. ძალა, რომელიც ადასტურებს მიზიდულობას..gif" width="51" height="23"> რა გამოიყენება მნიშვნელობებთან ერთად რ 0, როგორც თანაბრად მნიშვნელოვანი საკითხი. იაკბის კოეფიციენტი ბნულის მიღწევის შემდეგ გამოჩნდება პოტენციური ენერგია და ურთიერთქმედების ძალა

(9)

რაც მიუთითებდა ატომების ჰარმონიულ ვიბრაციაზე. პოტენციური ენერგიის გრაფიკი არის სიმეტრიული მრუდი (ნახ. 3, წერტილოვანი მრუდი). პოტენციური მრუდის სიმეტრიის გამო, ტემპერატურის ცვლა გამოიწვევს ატომების შეჯახების ამპლიტუდის ზრდას, წინააღმდეგ შემთხვევაში ატომებს შორის საშუალო მანძილი უცვლელი გახდება. width="59" height="24 src="> მიიყვანეთ მყარი ნივთიერებების თერმულ გაფართოებამდე.

მყარი ნივთიერებების თერმული გაფართოება გამყინვარების შემოდგომაზე ავლენს ანიზოტროპიას. მაგალითად, კალციტის კრისტალი (CaCO3) გაცხელებისას ერთი მიმართულებით ფართოვდება (O X) და სხვებში იკუმშება (დაახლოებით უ, პრო ზ). მას შემდეგ, რაც ასეთი ბროლისგან კრისტალი წარმოიქმნება, გაცხელებისას იგი ეპოქსიდად იქცევა.

2. ვიმირიუვანის მეთოდი

ნახ. 5 გვიჩვენებს ლაბორატორიულ კონფიგურაციას. LATR-დან ძაბვა მიეწოდება მილში დამონტაჟებულ ელექტრო გათბობის კოჭს, რომლის თერმული გაფართოების მონიტორინგი ხდება. მილის ერთი ბოლო მყარად არის დამაგრებული, მეორე ფხვიერია და ეყრდნობა წნევის სენსორს. მილის ტემპერატურა იზომება თერმოწყვილის გამოყენებით, მილზე ზოგიერთი გამაგრების ერთ-ერთი შეერთება. თერმო-EPS-ის დასარეგულირებლად გამოიყენება მილივოლტმეტრი (ან მილიამპერმეტრი).

3. უიკონანა რობოტის ორდენი

1. გადააბრუნეთ მილივოლტმეტრის (ან მილიამმეტრის) კავშირები „თერმოწყვილთან“ და ავტოტრანსფორმატორი „LATR“ ტერმინალთან.

2. გამოთვალეთ მილივოლტმეტრის (ან მილიამპერმეტრის) ფასი ინსტრუქციების დესკტოპის ვერსიაში მითითებული ინტერვალებისთვის.

3. გადააქციეთ სენსორის პარამეტრი ნულზე, შეხედეთ მის მასშტაბებს და გამოთვალეთ ფასი.

4. ამოიღეთ შემწეობა დეპოზიტიდან, დახურეთ LATR კიდეზე. მოაბრუნეთ LATR სახელური წლის ისრის უკან, სანამ არ გაჩერდება, დააინსტალირეთ გათბობის ელექტრო ძაბვა.

5. ლითონის მილის გათბობას თან ახლავს გათბობა, რადგან სენსორი ვიბრირებს. მილის გათბობის ტემპერატურა, რომელიც ინახება ოთახის ტემპერატურაზე, იზომება თერმოწყვილით მილივოლტმეტრისა და კალიბრაციის გრაფიკის გამოყენებით. ამ მომენტში, თუ წნევა 0,1 მმ-ზე ნაკლებია, ჩაწერეთ ცხრილში. 2 მილივოლტმეტრის ჩვენება..gif" width="65" height="23"> მმ, დაატრიალეთ LATR ღილაკი წლის ისრისკენ, სანამ არ გაჩერდება და LATR შემოახვიეთ კიდიდან.

7. დააკალიბრეთ მილივოლტმეტრის მაჩვენებელი იგივე მნიშვნელობებისთვის მმ-ებში; 0,5 მმ; 0,4 მმ; 0,3 მმ; 0.2 მმ, 0.1 მმ გაგრილების რეჟიმში.

8. კალიბრაციის სქემის დახმარებით, რომელიც მიეწოდება ლაბორატორიულ ინსტალაციას, მიუთითეთ გათბობის ტემპერატურა. კანის ღირებულებისთვის D ლროგორც გაცხელებისას, ასევე გაციებისას. იპოვეთ ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის მნიშვნელობები და შეიყვანეთ ისინი ცხრილში 2.

10. დარჩით მილიმეტრულ ქაღალდზე ხანგრძლივობის განრიგი D ლტემპერატურის ტიპი DT.

· ფრთხილად იყავით მუშაობისას. დაგვიკავშირდით რაიონებში ტორკანის სტრიმების ან ისრების გამოყენებით.

· არ დაუშვათ დანადგარის გადახურება.

· გაუმართაობის შემთხვევაში დაუკავშირდით ხატვის ლაბორანტის.

· არ წაშალოთ ინსტალაცია, რომელიც შედის ღონისძიებაში ინსტალაციის შემდეგ.

აკონტროლეთ საკვები

1. მიეცით ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის მნიშვნელობა. რა არის ამ კოეფიციენტის სიდიდის რიგი?

2. მოცულობითი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის ფიზიკური ცვლილება. რა არის სიდიდის რიგი?

3. როგორ უკავშირდება ერთმანეთს თერმული წრფივი და მოცულობითი გაფართოების კოეფიციენტები? დაწერეთ ფორმულა (5).

4. ახსენი თერმული გაფართოება ატომების ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგიის მრუდის გამოყენებით.

5. როგორ განვსაზღვროთ ტემპერატურის თერმული გაფართოების კოეფიციენტი?

6. როგორ შევინარჩუნოთ მყარი მასალის სისქე გაცხელებისას?

7. რას ჰქვია თერმული გაფართოების ანიზოტროპია?

8. როგორ იზომება ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ამ ლაბორატორიულ რობოტში?

ბიბლიოგრაფიული სია

1. ფიზიკის კურსი M: Vischa. სკოლა, 1999 რ.

2. ფიზიკის კურსი / , . M: ვიშა. სკოლა, 1999 რ.