Тепловое расширение тел

Все вещества при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Изменение линейных размеров и объёмов тел при изменении температуры называется тепловым расширением. Линейное расширение характерно только для твёрдых тел, объёмное тепловое расширение происходит как в твёрдых телах, так и в жидкостях.

Большинство твёрдых тел имеют поликристаллическую структуру, поэтому при нагревании расширяются по всем направлениям одинаково. Однако во многих случаях на практике приходится учитывать расширение только в одном направлении (при прокладке труб для паропровода проходится учитывать их удлинение при нагревании, а изменение площади поперечного сечения стенок труб практического значения не имеет).

Изменение одного определённого размера твёрдого тела при изменении температуры называется линейным расширением.

Если – длина тела при температуре , а - длина при температуре , то при изменении температуры на длина изменяется на .

- абсолютное удлинение тела.

– относительное удлинение тела.

Опыт показывает, что относительное удлинение тела пропорционально изменению температуры: = , где коэффициент пропорциональности – термический коэффициент линейного расширения , зависит от рода вещества (разные вещества при одинаковом изменении температуры расширяются по-разному) и внешних условий.

Зная термический коэффициент линейного расширения и длину тела при 0˚С, можно рассчитать его длину при любой температуре :

Зависимость длины от температуры приходится учитывать при натягивании проводов на линиях электропередач, сооружении мостов, прокладке рельсов. Для получения спаев металла со стеклом, например, при изготовлении электрических ламп, используются металлы и стекло с близким коэффициентом расширения. Для автоматического замыкания и размыкания цепей в термостатах, холодильниках, в противопожарных устройствах используются биметаллические пластинки, которые состоят из двух разнородных металлических полос, склёпанных друг с другом. При нагревании одна полоса удлиняется больше другой, и вся пластинка изгибается, контакт при этом размыкается.

При изменении двух размеров тела (площади) при нагревании:

При тепловом объёмном расширении тела:

– площадь и объём тела при 0˚С.

Дата добавления: 2014-11-18