Линейное расширение

Физика > Линейное расширение

Тепловое расширение – тенденция менять объем вещества, основываясь на температурном показателе.

Задача обучения

• Исследовать изменение объема, как реакцию на перемену в температуре.

Основные пункты

• • Чаще всего, межчастичный потенциал по форме напоминает асимметрию, а не симметрию. Поэтому материя расширяется и сжимается в ответ на изменение температуры.

• Вычисление длины за счет теплового расширения связано с линейным коэффициентом расширения:
• Только в узком температурном интервале коэффициент будет приближенным.

Термин

• Потенциал – кривая, характеризующая сценарий, где разница потенциальных энергий в двух позициях зависит только от них.

Тепловое расширение – тенденция менять объем вещества в ответ на перемену в температурном показателе. Атомы и молекулы в твердом объекте все время проходят сквозь колебания в точке баланса. Это тепловое движение. Если вещество нагреть, то элементы ускоряют свое перемещение и устанавливают большие средние дистанции между собою. Степень расширения, деленную на перемену температуры, именуют коэффициентом теплового расширения.

Тепловое расширение удлиненных непрерывных участков рельсовых путей – движущая сила для изгиба рельс. В 1998-2002 гг. это стало причиной 190 железнодорожных крушений в США

Расширение, а не сокращение

Почему при нагревании материя расширяется? Все дело в форме типичного потенциала частичек. Если они расположены в твердых объектах и жидкостях, то постоянно ощущают наличие соседних элементов. В математике выражается как потенциальная кривая. На нижнем рисунке видно, что этот межчастичный потенциал выглядит как асимметрия. Отметьте, что на коротких дистанциях она становится более крутой. На диаграмме (b) видно, что с нагревом вещества средняя дистанция частичек увеличивается. Очень редко можно встретить материал, который при нагреве сожмется или сохранит форму. Эффект ограничивается по размеру и осуществляется только в определенных температурных диапазонах.

Типичный межчастичный потенциал в конденсированном веществе

Линейное расширение

Измерение длины объекта из-за теплового нагрева связано с линейным коэффициентом расширения. Речь идет о дробном изменении длины на градус:

L – конкретное измерение длины, а dL/dT – скорость изменения линейного измерения на единицу перемены в температуре). Из определения коэффициента теплового расширения изменение линейного размера ΔL в интервале температур ΔT можно вычислить как:

Эта формула справляется с задачей, если коэффициент линейного расширения не сильно изменится по сравнению с температурой.

---