Тепловое давление

Физика > Тепловое давление

Тепловое давление формируется в тех случаях, когда перемены размера или объема ограничиваются изменениями в температурных показателях.

Задача обучения

• Выявить соотношение между термическим давлением и термическим расширением.

Основные пункты

• Тепловое расширение отображает изменение размера или объема указанной массы с переменами в температуре.
• Рост температуры сопровождается увеличением кинетической энергии отдельных атомов, из-за чего вырастает и размер твердого тела.
• Тепловое давление возникает в условиях ограничения теплового расширения.

Термин

• Дифференциал – количественное или качественное отличие между аналогичными или сопоставимыми вещами.
• Давление – внутреннее распределение силы на единицу площади внутри объекта, реагирующего на приложенную силу.

Термическое расширение

Тепловое расширение изменение размера или объема массы с температурным показателем. Наиболее распространенный пример – расширение спирта в термометре. Горячий воздух поднимается, потому что увеличивается объем. Плотность горячего воздуха уступает окружающему, поэтому создается плавучая сила. Тот же процесс повторяется на всех жидкостях и газах. Твердые тела также поддаются тепловому расширению.

Термические компенсационные швы, вроде этого в Новой Зеландии, позволяют мостам изменять длину без потери устойчивости

Чем характеризуется тепловое расширение? Начнем с того, что оно основывается на температуре. Чем сильнее изменение, тем ощутимее изогнется биметаллическая полоса. Также оно зависит от материала. В термометре расширение спирта превосходит расширение стекла.

Что приводит к термическому расширению? Из-за роста температуры увеличивается кинетическая энергия у отдельных атомов. В твердом теле молекулы расположены плотнее, но кинетическая энергия как бы расталкивает их и отдаляет.

Чтобы перевести в количество, можно заметить, что длина Δ L выступает пропорциональной к L. Эта зависимость между тепловым расширением и температурой, вещества и длины показано в формуле:

ΔL = αLΔT (ΔL – изменение длины L, ΔT – изменение температуры, α – коэффициент линейного расширения, слегка меняющийся с температурой).

Тепловая нагрузка

Тепловое давление формируется из-за теплового расширения или сжатия. Иногда термический процесс несет разрушение (взрыв бензина) или пользу (две соединенные части охлаждаются вместе). При помощи теплового давления объясняют множество явлений (выветривание горных пород, расширение льда на замерзшем тротуаре).

Создаваемые тепловым давлением силы могут быть очень серьезными. Если у железной дороги нет достаточных компенсационных швов, то они могут менять свой размер. Летом заметно, что линии электропередач провисают. На гипсовых стенах появляются трещины при нагреве, а при быстром охлаждении раскаленная сковорода может потрескаться. Биологические клетки способны взорваться, если продукты замерзают. Это даже просматривается в океанах, где из-за таяния ледников повысился уровень воды.

В качестве имплантатов часто используют металл. С течением времени большую их часть приходится заменять, потому что металл не особо сильно контактирует с костью. Сейчас исследователи разрабатывают новые методики, что исправить проблему. Важно отыскать покрытие с коэффициентом расширения, соотносящимся с коэффициентом металла. Если они сильно отличаются, то термическое давление приведет к трещинам.

Вспомните также о пломбах, которые отличаются от эмали. Просто не удивляйтесь, если испытываете боль, когда едите горячую или холодную пищу.

---