SỰ GIÃN NỞ NHIỆT: HỆ SỐ, CÁC DẠNG VÀ BÀI TẬP - VẬT LÝ - 2026

Sự giãn nở nhiệt được tăng lên hoặc sự thay đổi của các kích thước hệ mét khác nhau (chẳng hạn như chiều dài hoặc thể tích) trải qua một vật thể hoặc cơ thể. Quá trình này xảy ra do sự gia tăng nhiệt độ xung quanh vật liệu. Trong trường hợp giãn nở tuyến tính, những thay đổi này chỉ xảy ra trong một chiều.

Hệ số của sự mở rộng này có thể được đo bằng cách so sánh giá trị của độ lớn trước và sau quá trình. Một số vật liệu chịu tác dụng ngược lại của sự giãn nở nhiệt; nghĩa là nó trở thành "tiêu cực". Khái niệm này đề xuất rằng một số vật liệu co lại khi tiếp xúc với nhiệt độ nhất định.

Sự giãn nở nhiệt trong nước

Đối với chất rắn, hệ số giãn nở tuyến tính được sử dụng để mô tả độ nở của chúng. Mặt khác, đối với chất lỏng, hệ số giãn nở thể tích được sử dụng để thực hiện các phép tính.

Trong trường hợp chất rắn kết tinh, nếu nó là đẳng áp, thì sự giãn nở sẽ là chung trong mọi kích thước của tinh thể. Nếu nó không phải là đẳng áp, có thể tìm thấy các hệ số giãn nở khác nhau trong toàn bộ thủy tinh, và nó sẽ thay đổi kích thước khi nhiệt độ thay đổi.

Hệ số giãn nở nhiệt

Hệ số giãn nở nhiệt (Y) được định nghĩa là bán kính thay đổi mà vật liệu đi qua do sự thay đổi nhiệt độ của nó. Hệ số này được biểu thị bằng ký hiệu α đối với chất rắn và β đối với chất lỏng, và được hướng dẫn bởi Hệ thống đơn vị quốc tế.

Các hệ số của sự giãn nở nhiệt thay đổi khi đối với chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí. Mỗi người có một đặc thù khác nhau.

Ví dụ, có thể thấy sự giãn nở của một chất rắn dọc theo chiều dài. Hệ số thể tích là một trong những hệ số cơ bản nhất về chất lỏng, và những thay đổi đáng chú ý theo mọi hướng; Hệ số này cũng được sử dụng khi tính toán sự nở ra của một chất khí.

Sự giãn nở nhiệt âm

Sự giãn nở nhiệt âm xảy ra ở một số vật liệu thay vì tăng kích thước khi nhiệt độ cao, lại co lại do nhiệt độ thấp.

Loại giãn nở nhiệt này thường được thấy trong các hệ thống mở, nơi quan sát được các tương tác có hướng - trong trường hợp băng - hoặc trong các hợp chất phức tạp - nó xảy ra với một số zeolit, Cu2O, trong số những loại khác.

Tương tự như vậy, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự giãn nở nhiệt âm cũng xảy ra trong mạng một thành phần ở dạng nén và có tương tác lực trung tâm.

Có thể thấy một ví dụ rõ ràng về sự giãn nở nhiệt âm khi chúng ta thêm đá vào cốc nước. Trong trường hợp này, nhiệt độ cao của chất lỏng trên băng không làm tăng kích thước mà ngược lại kích thước của băng bị giảm đi.

Các loại

Khi tính toán sự nở ra của một vật thể, cần phải lưu ý rằng, tùy thuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ, vật thể đó có thể tăng lên hoặc co lại về kích thước.

Một số đối tượng không yêu cầu thay đổi nhiệt độ mạnh để thay đổi kích thước của chúng, vì vậy có khả năng giá trị được trả về bởi các phép tính là giá trị trung bình.

Giống như bất kỳ quá trình nào, sự giãn nở vì nhiệt được chia thành nhiều loại giải thích từng hiện tượng riêng biệt. Trong trường hợp chất rắn, các dạng giãn nở vì nhiệt là giãn nở tuyến tính, giãn nở theo thể tích và giãn nở bề mặt.

Sự giãn nở tuyến tính

Một biến thể duy nhất chiếm ưu thế trong sự giãn nở tuyến tính. Trong trường hợp này, đơn vị duy nhất trải qua một sự thay đổi là chiều cao hoặc chiều rộng của đối tượng.

Một cách dễ dàng để tính toán kiểu giãn nở này là so sánh giá trị của độ lớn trước khi thay đổi nhiệt độ với giá trị của độ lớn sau khi thay đổi nhiệt độ.

Sự giãn nở thể tích

Trong trường hợp giãn nở theo thể tích, cách tính là so sánh thể tích của chất lưu trước khi thay đổi nhiệt độ với thể tích của chất lưu sau khi thay đổi nhiệt độ. Công thức để tính nó là:

Sự giãn nở bề mặt hoặc diện tích

Trong trường hợp giãn nở bề mặt, sự gia tăng diện tích của một cơ thể hoặc vật thể do sự thay đổi nhiệt độ của nó ở 1 ° C.

Sự giãn nở này hoạt động đối với chất rắn. Nếu chúng ta cũng có hệ số tuyến tính, chúng ta có thể thấy rằng kích thước của vật thể sẽ lớn hơn 2 lần. Công thức để tính nó là:

A _f = A ₀

Trong biểu thức này:

γ = hệ số mở rộng diện tích

A ₀ = Diện tích ban đầu

A _f = Diện tích cuối cùng

T ₀ = Nhiệt độ ban đầu.

T _f = Nhiệt độ cuối cùng

Sự khác biệt giữa giãn nở diện tích và giãn nở tuyến tính là trong lần đầu tiên bạn thấy sự thay đổi tăng lên trong diện tích của đối tượng và trong lần thứ hai, sự thay đổi chỉ là một đơn vị đo (chẳng hạn như chiều dài hoặc chiều rộng của đối tượng vật lý).

Ví dụ

Bài tập đầu tiên (giãn nở tuyến tính)

Các thanh ray tạo nên đường ray của một đoàn tàu làm bằng thép có chiều dài 1500 m. Kinh độ sẽ là bao nhiêu khi nhiệt độ từ 24 đến 45 ° C?

Giải pháp

Dữ liệu:

Lο (chiều dài ban đầu) = 1500 m

L _f (độ dài cuối cùng) =?

Tο (nhiệt độ ban đầu) = 24 ° C

T _f (nhiệt độ cuối cùng) = 45 ° C

α (hệ số giãn nở tuyến tính tương ứng với thép) = 11 x 10 ^-6 ° C ^-1

Dữ liệu được thay thế theo công thức sau:

Tuy nhiên, trước tiên bạn phải biết giá trị của chênh lệch nhiệt độ, để đưa dữ liệu này vào phương trình. Để đạt được sự khác biệt này, nhiệt độ cao nhất phải được trừ đi nhiệt độ thấp nhất.

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

Sau khi biết thông tin này, có thể sử dụng công thức trước:

Lf = 1500 m (1 + 21 ° C. 11 x 10 ^-6 ° C ^-1 )

Lf = 1500 m (1 + 2,31 x 10 ^-4 )

Lf = 1500 m (1.000231)

Lf = 1500,3465 m

Bài tập thứ hai (giãn nở bề mặt)

Trong trường trung học, một cửa hàng thủy tinh có diện tích 1,4 m ^ 2, nếu nhiệt độ là 21 ° C. Diện tích cuối cùng của nó sẽ là bao nhiêu khi nhiệt độ tăng lên 35 ° C?

Giải pháp

Af = A0

Af = 1,4 m ² 204,4 x 10 ^-6 ]

Af = 1,4 m ² . 1.0002044

Af = 1.40028616 m ²

Tại sao sự giãn nở xảy ra?

Mọi người đều biết rằng tất cả vật chất đều được tạo thành từ các hạt hạ nguyên tử khác nhau. Bằng cách thay đổi nhiệt độ, tăng hoặc giảm nhiệt độ, các nguyên tử này bắt đầu một quá trình chuyển động có thể thay đổi hình dạng của vật thể.

Khi nhiệt độ tăng lên, các phân tử bắt đầu chuyển động nhanh dần do động năng tăng, và do đó hình dạng hoặc thể tích của vật thể sẽ tăng lên.

Trong trường hợp nhiệt độ âm thì điều ngược lại xảy ra, trong trường hợp này thể tích của vật có xu hướng co lại do nhiệt độ thấp.

Người giới thiệu

1. Sự giãn nở tuyến tính, hời hợt và thể tích - Bài tập. Đã giải quyết Được khôi phục vào ngày 8 tháng 5 năm 2018, từ Fisimat: fisimat.com.mx
2. Sự giãn nở bề ngoài - Bài tập đã giải. Được lấy vào ngày 8 tháng 5 năm 2018, từ Fisimat: fisimat.com.mx
3. Sự giãn nở nhiệt. Được lấy vào ngày 8 tháng 5 năm 2018, từ Encyclopædia Britannica: britannica.com
4. Sự giãn nở nhiệt. Được truy cập vào ngày 8 tháng 5 năm 2018, từ Khái niệm siêu vật lý: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
5. Sự giãn nở nhiệt. Được lấy vào ngày 8 tháng 5 năm 2018, từ Lumen Learning: Course.lumenlearning.com
6. Sự giãn nở nhiệt. Được lấy vào ngày 8 tháng 5 năm 2018, từ The Physics Hypertextbook: Physics.info
7. Sự giãn nở nhiệt. Lấy ngày 8 tháng 5 năm 2018, từ Wikipedia: en.wikipedia.org.