Avete mai notato quel piccolo spazio nei binari ferroviari? Perché pensi che siano lì? O, avete mai notato la tua mamma cercando di aprire una bottiglia inceppata, riscaldando vicino al collo? Cos’è questa magia? Scopriamo di più sul processo di espansione termica qui.
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Thermal Expansion
If the temperature increases, then the volume of the material also increases. Generalmente, questo è noto come espansione termica. Possiamo esprimerlo in questo modo che è la variazione frazionaria di lunghezza o volume per variazione unitaria di temperatura. In caso di espansione di un solido, normalmente viene impiegato un coefficiente di espansione lineare.
In caso di dilatazione termica del solido, viene descritto in termini di variazione di lunghezza, altezza e spessore. Per liquidi e gas, il coefficiente di espansione del volume è più utile. Generalmente, se il materiale è un fluido, possiamo descriverlo in termini di variazione di volume.
Tra gli atomi e le molecole, le forze di legame variano da materiale a materiale. Le caratteristiche di elementi e composti sono note come coefficiente di espansione. Se un solido cristallino ha la stessa configurazione strutturale in tutto, (isometrica) allora in tutte le dimensioni del cristallo l’espansione sarà uniforme.
Se il cristallo non è isometrico, il coefficiente di espansione è anche diverso per le diverse direzioni cristallografiche e poiché la temperatura cambierà, il cristallo cambierà anche la forma. I materiali più morbidi hanno un coefficiente di espansione più elevato (CTE), ma i materiali più duri come il tungsteno hanno un CTE inferiore.
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- Espansione Lineare: L’espansione lineare è definita come l’aumento della lunghezza del solido. Esempio: se considereremo un’asta in cui la lunghezza dell’asta è l, e aumenteremo la temperatura di un’asta di una piccola quantità. Quindi l’espansione lineare è data da:
- Il coefficiente di espansione lineare del solido dato è indicato come a. quindi per un’unità è per grado Celsius) nel CGS e nel sistema SI è per kelvin K-1.
- Espansione del volume: l’espansione del volume è definita come l’aumento del volume del solido durante il riscaldamento. Con un cambiamento di temperatura t t la variazione di volume di un solido è data da v v=Vy t t dove il coefficiente di espansione del volume è y.
- Area o espansione superficiale: l’espansione superficiale è definita come l’aumento della superficie del solido al riscaldamento. Se si considera a 00C l’area di un solido è A0, allora la sua area a t0c è data da: A0(l+ßt). L’unità di β è 0C – 1 o K-1. Dove β è noto come coefficiente di espansione superficiale.
6α = 3β = 2γ
Questa equazione mostra la relazione tra α è l’espansione lineare, β è l’espansione superficiale, è l’espansione del volume. Questi tre coefficienti di espansione per un dato solido non sono costanti perché questi valori dipendono totalmente dalla temperatura. Esempi di espansione termica nella nostra vita quotidiana sono termometri, rivettatura, su ruote in legno che fissano pneumatici metallici ecc.
Esempio risolto per te
Q. In un pezzo continuo da un rotolo di un foglio di alluminio vengono costruiti moderni orifizi. Per un 30 metri di lunghezza qual è il cambiamento di lunghezza? Dove α = 23×10-6C-1 per la gamma di temperature T T = 100F.
Ans: L L= L0 α T T