Il dilatazione termica È l'aumento o la variazione di varie dimensioni metriche (come lunghezza o volume) a cui è sottoposto un corpo fisico o un oggetto. Questo processo avviene a causa dell'aumento della temperatura che circonda il materiale. Nel caso della dilatazione lineare, questi cambiamenti si verificano in una singola dimensione.
Il coefficiente di questa espansione può essere misurato confrontando il valore della grandezza prima e dopo il processo. Alcuni materiali subiscono l'opposto della dilatazione termica; cioè diventa "negativo". Questo concetto propone che alcuni materiali si contraggano se esposti a determinate temperature.
Per i solidi, viene utilizzato un coefficiente di espansione lineare per descrivere la loro espansione. D'altra parte, per i liquidi viene utilizzato un coefficiente di espansione volumetrica per eseguire i calcoli..
Nel caso di solidi cristallizzati, se isometrico, l'espansione sarà generale in tutte le dimensioni del cristallo. Se non è isometrico, si possono trovare diversi coefficienti di espansione in tutto il vetro e cambierà le sue dimensioni al variare della temperatura..
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Il coefficiente di dilatazione termica (Y) è definito come il raggio di variazione attraverso il quale è passato un materiale a causa della variazione della sua temperatura. Questo coefficiente è rappresentato dal simbolo α per i solidi e β per i liquidi, ed è guidato dal Sistema Internazionale di Unità.
I coefficienti di dilatazione termica variano quando si tratta di solido, liquido o gas. Ognuno ha una particolarità diversa.
Ad esempio, l'espansione di un solido può essere vista lungo una lunghezza. Il coefficiente volumetrico è uno dei più basilari in termini di fluidi e le variazioni sono notevoli in tutte le direzioni; questo coefficiente viene utilizzato anche nel calcolo dell'espansione di un gas.
La dilatazione termica negativa si verifica in alcuni materiali che, invece di aumentare di dimensioni con le alte temperature, si contraggono a causa delle basse temperature.
Questo tipo di espansione termica si osserva solitamente in sistemi aperti dove si osservano interazioni direzionali -come accade nel caso del ghiaccio- o in composti complessi -come accade con alcune zeoliti, Cu2O, tra gli altri..
Allo stesso modo, alcune ricerche hanno dimostrato che l'espansione termica negativa si verifica anche in reticoli monocomponenti in forma compatta e con un'interazione di forza centrale.
Un chiaro esempio di espansione termica negativa può essere visto quando aggiungiamo ghiaccio a un bicchiere d'acqua. In questo caso, l'alta temperatura del liquido sul ghiaccio non provoca alcun aumento di dimensione, ma piuttosto si riduce la dimensione del ghiaccio..
Nel calcolare l'espansione di un oggetto fisico, si deve tenere in considerazione che, a seconda della variazione di temperatura, detto oggetto può aumentare o contrarsi di dimensioni..
Alcuni oggetti non richiedono un cambio drastico di temperatura per cambiare la loro dimensione, quindi è probabile che il valore restituito dai calcoli sia medio.
Come ogni processo, l'espansione termica è divisa in diversi tipi che spiegano ogni fenomeno separatamente. Nel caso dei solidi, i tipi di espansione termica sono espansione lineare, espansione volumetrica ed espansione superficiale.
Una singola variazione predomina nella dilatazione lineare. In questo caso, l'unica unità che subisce una modifica è l'altezza o la larghezza dell'oggetto.
Un modo semplice per calcolare questo tipo di dilatazione è confrontare il valore della grandezza prima della variazione di temperatura con il valore della grandezza dopo la variazione di temperatura..
Nel caso dell'espansione volumetrica, il modo per calcolarla è confrontando il volume del fluido prima della variazione di temperatura con il volume del fluido dopo la variazione di temperatura. La formula per calcolarlo è:
In caso di dilatazione superficiale, si osserva un aumento dell'area di un corpo o di un oggetto a causa di una variazione della sua temperatura a 1 ° C.
Questa espansione funziona per i solidi. Se hai anche il coefficiente lineare, puoi vedere che la dimensione dell'oggetto sarà 2 volte più grande. La formula per calcolarlo è:
PERF = A0 [1 + YA (TF - T0)]
In questa espressione:
γ = coefficiente di espansione dell'area [° C-1]
PER0 = Area iniziale
PERF = Zona finale
T0 = Temperatura iniziale.
TF = Temperatura finale
La differenza tra dilatazione dell'area e dilatazione lineare è che nella prima si vede un aumento della variazione dell'area dell'oggetto, e nella seconda la variazione è di una singola unità di misura (come la lunghezza o la larghezza del fisico oggetto).
Le rotaie che compongono il binario di un treno in acciaio hanno una lunghezza di 1500 m. Quale sarà la longitudine quando la temperatura passerà da 24 a 45 ° C?
Dati:
Lο (lunghezza iniziale) = 1500 m
LF (lunghezza finale) = ?
Tο (temperatura iniziale) = 24 ° C
TF (temperatura finale) = 45 ° C
α (coefficiente di dilatazione lineare corrispondente all'acciaio) = 11 x 10-6 ° C-1
I dati vengono sostituiti nella seguente formula:
Tuttavia, è necessario prima conoscere il valore del differenziale di temperatura, al fine di includere questi dati nell'equazione. Per ottenere questo differenziale, la temperatura più alta deve essere sottratta dalla più bassa.
Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C
Una volta note queste informazioni, è possibile utilizzare la formula precedente:
Bf = 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
In una scuola superiore un negozio di vetro ha una superficie di 1,4 m ^ 2, se la temperatura è di 21 ° C. Quale sarà la sua area finale quando la temperatura salirà a 35 ° C?
Af = A0 [1 + (Tf - T0)]
Af = 1,4 mDue [1] 204,4 x 10-6]
Af = 1,4 mDue . 1.0002044
Af = 1.40028616 mDue
Tutti sanno che tutto il materiale è costituito da varie particelle subatomiche. Alterando la temperatura, alzandola o abbassandola, questi atomi iniziano un processo di movimento che può modificare la forma dell'oggetto..
Quando la temperatura si alza, le molecole iniziano a muoversi rapidamente a causa dell'aumento dell'energia cinetica e, quindi, la forma o il volume dell'oggetto aumenterà..
In caso di temperature negative accade il contrario, in questo caso il volume dell'oggetto tende a contrarsi a causa delle basse temperature..
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