Rozszerzalność cieplna

Z Wikipedii

Masz nowe wiadomości (różnica z poprzednią wersją).

Rozszerzalność cieplna (rozszerzalność termiczna) - własność fizyczna ciał polegająca na zwiększaniu się ich długości (rozszerzalność liniowa) lub objętości (rozszerzalność objętościowa) w miarę wzrostu temperatury.

Spis treści

1 Rozszerzalność liniowa
2 Dokładność
3 Zjawisko w życiu codziennym
4 Rozszerzalność objętościowa
5 Wartości współczynników rozszerzalności

[edytuj] Rozszerzalność liniowa

Przyjmuje się, że zmiana długości jest proporcjonalna do temperatury (mierzonej względem temperatury, w której długość jest równa x₀), co wyraża wzór na rozszerzalność liniową i objętościową:

$x = x_{0} (1 + \lambda \Delta t)\,$

gdzie odpowiednio dla rozszerzalności liniowej(objętościowej):

$x\,$ - długość(objętość) przedmiotu po zmianie temperatury,

$x_{0}\,$ - długość(objętość) pierwotna,

$\lambda\,$ - współczynnik rozszerzalności liniowej(objętościowej).

Współczynnik rozszerzalności oznacza o ile zwiększa się długość/objętość jednostki długości/objętości po ogrzaniu o jednostkę temperatury (1 K). Wyraża się wzorem:

$\lambda = {x - x_{0} \over x_{0} \Delta t} = \frac {\Delta x} {x_{0} \Delta t}$

Rozszerzalność liniową stosuje się tylko dla ciał stałych.

[edytuj] Dokładność

Jest to tylko prawo przybliżone, wystarczająco jednak dokładne, aby przy jego pomocy szacować zmiany kształtów materiałów podczas ich ogrzewania. Wzór na liniową rozszerzalność cieplną jest prawdziwy jedynie dla ciał polikrystalicznych, ponieważ zawiera średni (co do kierunku) współczynnik rozszerzalności. Większość monokryształów wykazuje anizotropowe właściwości rozszerzalności cieplnej, np. kryształ kalcytu przy zmianie temperatury w jednym kierunku kurczy się, a w drugim rozszerza.

[edytuj] Zjawisko w życiu codziennym

Przykłady rozszerzalności temperaturowej ciał stałych:

Połączenia szyn kolejowych
Stalowe konstrukcje mostów
Kable telefoniczne i elektroniczne
Płytki bimetalowe np. w żelazku

[edytuj] Rozszerzalność objętościowa

Rozszerzalność objętościowa i liniowa ciał stałych jest powiązana przybliżoną relacją $λ o b j = 3λ l i n$ . Relacja ta wynika z podniesienia wzoru na objętość liniową do trzeciej potęgi i przyjęciu odpowiednich przybliżeń. Obowiązuje tylko dla ciał o rozszerzalności izotropowej.

Większość ciał zwiększa swą objętość w wyniku wzrostu temperatury, znanych jest jednak kilka wyjątków. Najpowszechniejszym jest woda, która w zakresie od 0 °C do 4 °C rozszerza się nietypowo czyli objętość maleje przy wzroście temperatury, a rośnie przy spadku temperatury.

Objętość gazów zależy nie tylko od temperatury ale też od ciśnienia, dlatego dla gazów współczynnik rozszerzalności objętościowej zależy od ciśnienia i można go obliczyć z równań Clapeyrona.