Dilatarea termica

FENOMEN TERMIC DILATAREA Prin încalzirea corpurilor solide sau a fluidelor,dimensiunile lor cresc. Variația dimensiunilor unui corp prin încălzire se numește dilatare termică .

A.Dilatarea corpurilor solide Prin încalzirea unei tije metalice subțiri,se constată că alungirea ei, l,depinde de: -variația

temperaturii, ;

Lungimea la 00C Lungimea la l0(m) 500C

Lungimea la 1000C



fier

1

0,6

1,2

-lungimea la 00C,l0; Lungimea la 00C l0(m) 1 2

fier fier

Lungimea la 1000C (mm) 1,2 2,4

-natura corpului(printr-un coeficient de dilatare termica,  );

fier cupru

Lungimea la 00C l0(m) 1 1

Lungimea la 1000C (mm) 1,2 1,6

  -1)

1210-6 1710-6

Coeficientul de dilatare linear  este o constantă de material și are ,pentru solide,valori foarte mici,de ordinul 10-6K-1. Relația dintre alungire,lungimea la 0 0C și variația temperaturii,în cazul dilatării liniare,se scrie: l=l0 t; = ∕l0T.

Coeficientul de dilatare linear este variația relative a lungimii la o variație unitate a temperaturii(1 kg). Dacă se încălzește de la 0 0C,atunci: l=l-l0=l0t=l(T-T0)de unde lungimea,la o anumită temperature t,mereu aceeași,se exprimă

prin relația: l=l0(1+t). (1+t)se mai numește binom de dilatare termică. De obicei,încălzirea are loc la temperature diferite de 0 0C(de exemplu ,temperature camerei),atunci: l1=l0(1+t1), l2=l0(1+t2)și de aici rezultă că: l=l2-l1(t2-t1)=l0 t.  În cazul răcirii,corpurile se contractă.De exemplu,turnul Eiffel se contract în timpul iernii cu 5,4 cm. Pentru corpurile care au aceleași proprietăți fizice pe orice direcție(corpuri izotrope),dilatarea decurge după relația l=l 0(1+t),pe orice direcție,forma rămînînd aceeași. Pentru o placă subțire(de forma unui pătrat)sau pentru un cub,raportul ariilor, respective al volumelor la diferite temperature(neglijînd valorile foarte mici ale lui 2respectiv 3),va fi: A ∕ A0=(1+t)2≈1+2t sau A=A0(1+2t) și V∕ V0=(1+t)3≈1+3t sau V=V0(1+3t)=V0(1+t),unde  =3,se numește coefficient de dilatare în volum.

B.Variația densității cu temperature  Întrucît =m ∕ V=0V0 ∕ V0(1+t)=0(1-t)∕1-2t2 0(1-t),deci =0 ∕1+t,unde 0 este densitatea la 0 0C. Prin încălzire,alungirea relative este: l ∕ l0= t.

Forța care apare la o asemenea dilatare este data de legea lui Hooke: F=ES0 ∕l0∙l rezultă l∕ l0=F∕ES0,deci,pentru a readuce o bară la dimensiunile inițiale i se aplică o forță:F=ES 0 t.

C.Dilatarea lichidelor

Deoarece lichidele nu au formă proprie,la încălzire ele își modifică volumul. Cînd măsurăm dilatarea lichidului,trebuie să ținem seama că el se găsește într -un vas care,la rîndul său,se dilate prin încălzire.Deci,variația aparentă a volumului de lichid,Va,este: Va=Vl-Vv; Va=V0at;

 a=Va ∕V0t,de unde rezultă l=V+ a în care : l-coeficientul de

dilatare real al lichidului;V-coeficientul de dilatare în volum a vasului ce conține lichidul; acoeficientul de dilatare aparent.

D.Anomaliile dilatării apei Anomaliile dilatării apei se datorează structurii moleculare,modului diferit de asociere a moleculelor apei la diferite temperaturi.Ca urmare: -La≈40C,volumul este minim și densitatea maxima(1000kg∕ m3).De la 40C la 00C apa se dilate în loc să se contracte. -Prin solidificare,apa își mărește volumul,deci își micșorează densitatea.În concluzie,densitatea gheții este mai mica decît a apei. Prin înghețarea uni litru de apă se obțin 1,1l de gheță.În acest fel,apa de la ploi,care pătrunde în fisurile existente în roci,cînd îngheață,mărindu-și volumul,fărîmițînd rocile. Faptul că densitatea gheții este mai mica decît a apei are mare importanță în biologie.În timpul iernii,gheața rămîne deasupra apei rîurilor și lacurilor.Apa de sub crusta de gheață are temperature mai mari,permițînd desfășurarea activității subacvatice a viețuitoarelor.

Dilatarea Dilatarea termica este fenomenul fizic prin care dimensiunile (volumul, suprafata, lungimea) unui corp cresc in urma variatiei temperaturii. Fenomenul opus se numeste contractie termica. Pentru majoritatea substantelor cresterea temperaturii duce la cresterea dimensiunilor, dar exista si exceptii. in functie de starea de agregare a corpului, dilatarea se manifesta diferit. Astfel, un corp solid isi mareste toate dimensiunile liniare in acelasi raport, un lichid isi mareste volumul (forma sa depinde de vasul care il contine), iar un gaz isi mareste fie presiunea, fie volumul, fie amindoua, in functie de incinta in care se afla.

Pentru solide cresterea relativa a unei dimensiuni (raportul dintre variatia dimensiunii si dimensiunea initiala) este proportionala cu cresterea temperaturii. coeficientul de proportionale se numeste coeficient de dilatare termica, o marime de obicei pozitiva, a carei unitate de masura este inversul unitatii de masura a temperaturii. Pentru polimeri (de exemplu materiale plastice) acest coeficient este de circa 10 ori mai mare decit pentru metale, care la rindul lor au un coeficient mai mare decit al ceramicilor.