Что называется термическим расширением
Тепловое расширение
Полезное
Смотреть что такое «Тепловое расширение» в других словарях:
Тепловое расширение — Тепловое расширение изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры. Количественно тепловое расширение жидкостей и газов при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным… … Википедия
ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ — изменение размеров тела в процессе его нагревания. Количественно Т. р. при постоянном давлении р характеризуется изобарным коэфф. расширения (коэфф. объёмного Т. p.) a=1/VX(dV/dT)p, где V объём тела (твёрдого, жидкого или газообразного), Т его… … Физическая энциклопедия
ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ — ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ, изменение размеров и формы тела при изменении его температуры. Характеризуется коэффициентами объемного (для твердых тел и линейного) теплового расширения, т.е. изменением объема (линейных размеров) тела при изменении его… … Современная энциклопедия
тепловое расширение — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN heat expansionthermal expansion … Справочник технического переводчика
ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ — изменение размеров и формы тел при их нагревании. Различие в силах сцепления между молекулами тела в различных его агрегатных (см.) сказывается на величине Т. р. Твёрдые тела, молекулы которых сильно взаимодействуют, расширяются мало, жидкости… … Большая политехническая энциклопедия
тепловое расширение — šiluminis plėtimasis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Kaitinamo kūno matmenų padidėjimas. atitikmenys: angl. heat expansion; thermal expansion vok. thermische Ausdehnung, f; Wärmeausdehnung, f rus. тепловое расширение,… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
тепловое расширение — šiluminis plėtimasis statusas T sritis chemija apibrėžtis Kaitinamo kūno matmenų padidėjimas. atitikmenys: angl. heat expansion; thermal expansion rus. тепловое расширение; термическое расширение … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
тепловое расширение — šiluminis plėtimasis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heat expansion; thermal expansion vok. thermische Ausdehnung, f; Wärmeausdehnung, f rus. тепловое расширение, n; термическое расширение, n pranc. dilatation thermique, f; expansion… … Fizikos terminų žodynas
тепловое расширение — изменение размеров тела при его нагревании; характеризуется коэффициентом объёмного расширения αυ = 1/V (ΔV/VT)Ξ, а для твёрдых тел и коэффициентом линейного расширения αл = 1/l(Δl/ΔТ)Ξ, где Δl изменение линейного размера, ΔV объёма тела, ΔТ … … Энциклопедический словарь
Тепловое расширение твердых тел
Тепловое расширение — изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры. Для характеристики теплового расширения твёрдых тел вводят коэффициент линейного теплового расширения.
Механизм теплового расширения твердых тел можно представить следующим образом. Если к твердому телу подвести тепловую энергию, то благодаря колебанию атомов в решетке происходит процесс поглощения им теплоты. При этом колебания атомов становятся более интенсивными, т.е. увеличиваются их амплитуда и частота. С увеличением расстояния между атомами увеличивается и потенциальная энергия, которая характеризуется межатомным потенциалом.
Последний выражается суммой потенциалов сил отталкивания и притяжения. Силы отталкивания между атомами с изменением межатомного расстояния меняются быстрее, чем силы притяжения; в результате форма кривой минимума энергии оказывается несимметричной, и равновесное межатомное расстояние увеличивается. Это явление и соответствует тепловому расширению.
Зависимость потенциальной энергии взаимодействия молекул от расстояния между ними позволяет выяснить причину возникновения теплового расширения. Как видно из рисунка 9.2, кривая потенциальной энергии сильно несимметрична. Она очень быстро (круто) возрастает от минимального значения Ер0 (в точке r0) при уменьшении r и сравнительно медленно растет при увеличении r.
Рисунок 2.5
При абсолютном нуле в состоянии равновесия молекулы находились бы друг от друга на расстоянии r0, соответствующем минимальному значению потенциальной энергии Ер0. По мере нагревания молекулы начинают совершать колебания около положения равновесия. Размах колебаний определяется средним значением энергии Е. Если бы потенциальная кривая была симметричной, то среднее положение молекулы по-прежнему соответствовало бы расстоянию r0. Это означало бы общую неизменность средних расстояний между молекулами при нагревании и, следовательно, отсутствие теплового расширения. На самом деле кривая несимметрична. Поэтому при средней энергии, равной 
, среднее положение колеблющейся молекулы соответствует расстоянию r1 > r0.
Изменение среднего расстояния между двумя соседними молекулами означает изменение расстояния между всеми молекулами тела. Поэтому размеры тела увеличиваются. Дальнейшее нагревание тела приводит к увеличению средней энергии молекулы до некоторого значения 
, 
и т. д. При этом увеличивается и среднее расстояние между молекулами, так как теперь колебания совершаются с большей амплитудой вокруг нового положения равновесия: r2 > r1, r3 > r2 и т. д.
Применительно к твердым телам, форма которых при изменении температуры (при равномерном нагревании или охлаждении) не меняется, различают изменение линейных размеров (длины, диаметра и т. п.) — линейное расширение и изменение объема — объемное расширение. У жидкостей при нагревании форма может меняться (например, в термометре ртуть входит в капилляр). Поэтому в случае жидкостей имеет смысл говорить только об объемном расширении.
Основной закон теплового расширения твердых тел гласит, что тело с линейным размером L0 при увеличении его температуры на ΔT расширяется на величину ΔL, равную:
где α — так называемый коэффициент линейного теплового расширения.
Аналогичные формулы имеются для расчета изменения площади и объема тела. В приведенном простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведенной формулой.
Коэффициент линейного расширения зависит от природы вещества, а также от температуры. Однако, если рассматривать изменения температуры в не слишком широких пределах, зависимостью α от температуры можно пренебречь и считать температурный коэффициент линейного расширения величиной постоянной для данного вещества. В этом случае линейные размеры тела, как вытекает из формулы (2.28), зависят от изменения температуры следующим образом:
Из твердых тел сильнее всех расширяется воск, превышая в этом отношении многие жидкости. Коэффициент теплового расширения воска в зависимости от сорта в 25 – 120 раз больше чем у железа. Из жидкостей сильнее других расширяется эфир. Однако есть жидкость, расширяющаяся в 9 раз сильнее эфира – жидкая углекислота (СО3) при +20 градусах Цельсия. Ее коэффициент расширения в 4 раза больше, чем у газов.
Наименьшим коэффициентом теплового расширения из твердых тел обладает кварцевое стекло – в 40 раз меньше, чем железо. Кварцевую колбу раскаленную до 1000 градусов можно смело опускать в ледяную воду, не опасаясь за целостность сосуда: колба не лопается. Малым коэффициентом расширения, хотя и большим, чем у кварцевого стекла, отличается также алмаз.
Из металлов, меньше всего расширяется сорт стали, носящий название инвар, коэффициент его теплового расширения в 80 раз меньше, чем у обычной стали.
В приведенной ниже таблице 2.1 показаны коэффициенты объемного расширения некоторых веществ.
9
Контрольные вопросы
1. Дать характеристику распределению нормальных колебаний по частотам.
3. Объяснить физический смысл температуры Дебая. Чем определяется значение температуры Дебая для данного вещества?
4. Почему при низких температурах решёточная теплоёмкость кристалла не остается постоянной?
5. Что называется теплоёмкостью твёрдого тела? Чем она определяется?
6. Объяснить зависимость решёточной теплоёмкости кристалла Cреш от температуры T.
7. Получить закон Дюлонга-Пти для молярной теплоёмкости решётки.
8. Получить закон Дебая для молярной теплоёмкости решётки кристалла.
9. Какой вклад вносит электронная теплоемкость в молярную теплоемкость металла?
10. Что называется теплопроводностью твёрдого тела? Чем она характеризуется? Чем осуществляется теплопроводность в случаях металла и диэлектрика.
11. Как зависит коэффициент теплопроводности кристаллической решётки от температуры? Объяснить.
12. Дать определение теплопроводности электронного газа. Сравнить χэл и χреш в металлах и диэлектриках.
13. Дать физическое объяснение механизму теплового расширения твёрдых тел? Может ли КТР быть отрицательным? Если да, то объяснить причину.
14. Объяснить температурную зависимость коэффициента теплового расширения.
Тепловое расширение
Тепловое расширение — изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры. Количественно тепловое расширение жидкостей и газов при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом теплового расширения). Для характеристики теплового расширения твёрдых тел дополнительно вводят коэффициент линейного теплового расширения.
Раздел физики изучающий данное свойство называется дилатометрией.
Тепловое расширение тел учитывается при конструировании всех установок, приборов и машин, работающих в переменных температурных условиях.
Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером 
в соответствующем измерении при увеличении его температуры на 
расширяется на величину 
, равную:
,
где 
— так называемый коэффициент линейного теплового расширения. Аналогичные формулы имеются для расчета изменения площади и объема тела. В приведенном простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведенной формулой.
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Тепловое расширение» в других словарях:
ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ — изменение размеров тела в процессе его нагревания. Количественно Т. р. при постоянном давлении р характеризуется изобарным коэфф. расширения (коэфф. объёмного Т. p.) a=1/VX(dV/dT)p, где V объём тела (твёрдого, жидкого или газообразного), Т его… … Физическая энциклопедия
ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ — ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ, изменение размеров и формы тела при изменении его температуры. Характеризуется коэффициентами объемного (для твердых тел и линейного) теплового расширения, т.е. изменением объема (линейных размеров) тела при изменении его… … Современная энциклопедия
тепловое расширение — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN heat expansionthermal expansion … Справочник технического переводчика
ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ — изменение размеров и формы тел при их нагревании. Различие в силах сцепления между молекулами тела в различных его агрегатных (см.) сказывается на величине Т. р. Твёрдые тела, молекулы которых сильно взаимодействуют, расширяются мало, жидкости… … Большая политехническая энциклопедия
Тепловое расширение — изменение размеров тела в процессе его нагревания. Количественно Т. р. при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом Т. р.) Т2 > T1, V исходный объём тела (разность температур T2 T1… … Большая советская энциклопедия
тепловое расширение — šiluminis plėtimasis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Kaitinamo kūno matmenų padidėjimas. atitikmenys: angl. heat expansion; thermal expansion vok. thermische Ausdehnung, f; Wärmeausdehnung, f rus. тепловое расширение,… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
тепловое расширение — šiluminis plėtimasis statusas T sritis chemija apibrėžtis Kaitinamo kūno matmenų padidėjimas. atitikmenys: angl. heat expansion; thermal expansion rus. тепловое расширение; термическое расширение … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
тепловое расширение — šiluminis plėtimasis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heat expansion; thermal expansion vok. thermische Ausdehnung, f; Wärmeausdehnung, f rus. тепловое расширение, n; термическое расширение, n pranc. dilatation thermique, f; expansion… … Fizikos terminų žodynas
тепловое расширение — изменение размеров тела при его нагревании; характеризуется коэффициентом объёмного расширения αυ = 1/V (ΔV/VT)Ξ, а для твёрдых тел и коэффициентом линейного расширения αл = 1/l(Δl/ΔТ)Ξ, где Δl изменение линейного размера, ΔV объёма тела, ΔТ … … Энциклопедический словарь
Тема2.1.6 Линейное и объемное расширение твердых тел при нагревании.
1. Тепловое расширение.
2. Линейное расширение.
3. Объемное расширение.
4. Тепловое расширение жидкостей.
Литература:[1] Дмитрієва В.Ф. Фізика: Навчальний посібник для студентів навчальних закладів І-ІІ рівнів акредитації. – К: Техніка, 2008. – 648 с. (§81)
1. Тепловым расширением называется увеличение линейных размеров тела и его объема, которое происходит с повышением температуры.
В процессе нагревания твердого тела увеличиваются средние расстояния между атомами.
2. Величина, равная отношению относительного удлинения тела к изменению его температуры на ∆Т = Т – Т0, называется температурным коэффициентом расширения:
Из этой формулы определяем зависимость длины твердого тела от температуры:
3. С возрастанием температуры изменяется и объем тела. В пределах не очень большого температурного интервала объем увеличивается пропорционально температуре. Объемное расширение твердых тел характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения β – величиной, равной отношению относительного увеличения объема ∆V/V0 тела к изменению температуры ∆Т:
; V = V0(1+ β∆Т).
4. В процессе нагревания жидкости возрастает средняя кинетическая энергия хаотичного движения ее молекул. Это ведет к увеличению расстояния между молекулами, а значит, и к увеличению объема. Тепловое расширение жидкостей, как и твердых тел, характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения. Объем жидкости при нагревании определяют по формуле: V = V0(1+ β∆Т). Если объем тел увеличивается, то уменьшается их плотность: ρ = ρ0/( β∆Т)
Объем большинства тел в процессе плавления увеличивается, а в процессе затвердевания уменьшается, при этом изменяется и плотность вещества.
Плотность вещества при плавлении уменьшается, а при затвердевании увеличивается. Но есть такие вещества, как, например, кремний, германий, висмут, плотность которых при плавлении увеличивается, а при затвердевании уменьшается. К таким веществам принадлежит и лед (вода).
Контрольные вопросы и задачи
1 Когда происходит тепловое расширение тел?
2 Что называется температурным коэффициентом расширения?
3 Чем характеризуется объемное расширение твердых тел?
4 Чем характеризуется тепловое расширение жидкостей?
5 Почему при нагревании и охлаждении железобетонных конструкций железо в них не отделяется от бетона?
6 Прокат режут на полосы сразу после выхода из прокатного стана при температуре 900°С. Определите длину полос в горячем состоянии, если при 20°С они имеют длину 15м.
Содержательный модуль 2.1 Законы идеального газа
§ 33. Тепловое расширение твёрдых тел и жидкостей
Каково строение жидкостей и твёрдых тел?
Что происходит с молекулами вещества при повышении температуры?
1. Кроме теплопроводности, одним из тепловых свойств твёрдого тела является его расширение при нагревании. Вспомните опыт с металлическим шаром, который проходил через кольцо при комнатной температуре (см. рис. 3) и застревал в нём, когда шар нагревали. Это говорит о том, что объём шара при нагревании увеличивался.
Изменение размеров тела при его нагревании называют тепловым расширением. У твёрдого тела различают линейное расширение — изменение длины, ширины, высоты тела (его линейных размеров) и объёмное расширение — изменение объёма при нагревании.
Различные твёрдые вещества по-разному расширяются при нагревании: одни больше, другие меньше. Тепловое расширение характеризуется величиной, называемой температурным коэффициентом расширения.
2. Длина l тела при нагревании от 0 °С до температуры t °С вычисляется по формуле:
где l0 — длина тела при температуре 0 °С, β — температурный коэффициент линейного расширения. Этот коэффициент показывает, во сколько раз от своего первоначального значения изменяется линейный размер тела при его нагревании на 1 °С.
Температурные коэффициенты линейного расширения для большинства веществ измерены и приведены в специальных таблицах.
3*. Объём V тела при нагревании от 0 °С до температуры t °С вычисляется по формуле:
4*. Поликристаллы одинаково расширяются по всем направлениям. Для них температурный коэффициент объёмного расширения приблизительно в 3 раза больше температурного коэффициента линейного расширения (α ≈ 3β).
Существуют монокристаллы, у которых по некоторым направлениям температурный коэффициент линейного расширения имеет отрицательные значения. Это значит, что при нагревании в этих направлениях кристаллы сжимаются, а в других расширяются.
5. Тепловое расширение твёрдых тел учитывается в технике. Железнодорожные рельсы так же, как и все тела, меняют свою длину при охлаждении и нагревании. Если бы рельсы были плотно пригнаны друг к другу, то при изменении температуры в них возникали бы огромные напряжения, которые могли бы привести к разрушению путей. Поэтому, укладывая рельсы между участками длиной 100—150 м, оставляют зазор. Зимой этот зазор увеличивается, а летом уменьшается.