Მყარი და სითხეების თერმული გაფართოება

ცნობილია, რომ სითბოს გავლენის ქვეშ ნაწილაკები აჩქარებენ ქაოსურ მოძრაობას. თუ თქვენ გაზის სითბოს, მოლეკულები ქმნიან უბრალოდ ფრენაზე. მწვავე სითხე პირველი გაზრდის მოცულობას და შემდეგ დაიწყება აორთქლება. და რა მოხდება მყარი ორგანოების მიმართ? თითოეული მათგანი ვერ შეცვლის მის აგრეგატს.

თერმული გაფართოება: განმარტება

თერმული გაფართოება არის ცვლილება ტემპერატურის ცვლილებისას ორგანოების ზომისა და ფორმის სახით. მათემატიკურად, შესაძლებელია გამოთვალოთ მოცულობის გაფართოების კოეფიციენტი, რომელიც საშუალებას იძლევა გარე პირობების შეცვლისას აირებისა და სითხეების ქცევის პროგნოზირება. მყარი შედეგების მისაღწევად აუცილებელია ხაზოვანი გაფართოების კოეფიციენტი. ფიზიკურმა გამოკვლევამ ამ ტიპის კვლევის მთელი ნაწილი გამოავლინა და დილატომეტრი დაასახელა.

საინჟინრო და არქიტექტორებს სჭირდებათ ცოდნა სხვადასხვა მასალების ქცევის შესახებ მაღალი და დაბალი ტემპერატურის ზემოქმედების ქვეშ შენობების, გზებისა და მილების დიზაინისთვის.

გაზების გაფართოება

აირების თბოელექტრონული გაფართოება თან ახლავს სივრცის სივრცეში მათი მოცულობის გაფართოებას. ბუნებრივი ფილოსოფოსები უძველეს დროში შენიშნეს, მაგრამ თანამედროვე ფიზიკოსებმა შესაძლოა მათემატიკური გათვლების შექმნა შეძლონ.

უპირველეს ყოვლისა, მეცნიერები დაინტერესებულნი იყვნენ ჰაერის გაფართოებაზე, რადგან ეს მათთვის სავარაუდო ამოცანა იყო. ისინი იმდენად გულმოდგინედ იღებდნენ იმ საქმეს, რომ მათ საკმაოდ წინააღმდეგობრივი შედეგები მოჰყვეს. ბუნებრივია, სამეცნიერო საზოგადოებამ ასეთი შედეგი არ დააკმაყოფილა. გაზომვის სიზუსტე დამოკიდებულია თერმომეტრიზე, ზეწოლაზე და ბევრ სხვა პირობებზე. ზოგიერთი ფიზიკოსი კი დასკვნის გაკეთებისკენ მოუწოდებს, რომ გაზების გაფართოება არ არის დამოკიდებული ტემპერატურის ცვლილებებზე. ან ეს დამოკიდებულება არ არის სრულყოფილი ...

დალტონისა და გეი-ლუსკის ნამუშევრები

ფიზიკოსები კვლავაც განაგრძობდნენ ამტკიცებდნენ, სანამ ისინი არ იყვნენ, ან ისინი უგულებელყოფდნენ გაზომვებს, გარდა ჯონ დალტონი. ის და სხვა ფიზიკოსი, გეი-ლუსასი, ამავე დროს ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად შეძლეს იმავე გაზომვის შედეგების მიღება.

Lussac ცდილობდა იპოვო მიზეზი ამდენი სხვადასხვა შედეგების და შენიშნა, რომ ზოგიერთი მოწყობილობების დროს ექსპერიმენტი იყო წყალი. ბუნებრივია, გათბობის პროცესის დროს იგი გახდა ორთქლი და შეიცვალა გაზების მოცულობა და შემადგენლობა. აქედან გამომდინარე, მეცნიერის პირველი შემთხვევა იყო, რომ ფრთხილად იყენებდნენ ყველა იმ ინსტრუმენტს, რომელიც მან გამოიყენა ექსპერიმენტი და გამორიცხა თუნდაც მინიმუმ პროცენტული ტენიანობის შესწავლა. ამ მანიპულაციის შემდეგ, პირველი ექსპერიმენტები უფრო საიმედო აღმოჩნდა.

დელტონმა ამ საკითხთან დაკავშირებით მეტი დრო გაუსვა კოლეგას და გამოაქვეყნა შედეგები XIX საუკუნის დასაწყისშიც კი. მან ჰაერი გოგირდის მჟავასთან ერთად გაისმა და შემდეგ გაისმა. ექსპერიმენტების სერიის შემდეგ იოანემ დასკვნა გამოაქვეყნა, რომ ყველა გაზსადენი და ორთქლი გაფართოვდა 0.376 ფაქტორით. Lussac მიიღო ნომერი 0.375. ეს გახდა კვლევის ოფიციალური შედეგი.

წყლის ორთქლის დრეკადობა

გაზების თერმული გაფართოება დამოკიდებულია მათი ელასტიურობით, ანუ ორიგინალური მოცულობის დაბრუნების უნარი. პირველი კითხვა დაიწყო Xiegler- ის შესწავლა მეთვრამეტე საუკუნეში. მაგრამ მისი ექსპერიმენტების შედეგები ძალიან განსხვავდებოდა. უფრო საიმედო ციფრები მოიპოვა ჯეიმს ვტტმა, რომელმაც გამოიყენა ქვაბის მაღალი ტემპერატურა და ბარომეტრი დაბალი ტემპერატურისთვის.

მე -18 საუკუნის ბოლოს, ფრანგი ფიზიკოსი Prony ცდილობდა წარმოედგინა ერთი ფორმულა, რომელიც აღწერს ელასტიურობას გაზები, მაგრამ აღმოჩნდა ძალიან რთული და რთული გამოყენება. დალტონმა გადაწყვიტა ექსპერიმენტულად შეამოწმოთ ყველა გამოთვლა, რაც ამ sphhon ბარომეტრის გამოყენებით. მიუხედავად იმისა, რომ ყველა ექსპერიმენტში ტემპერატურა არ იყო იგივე, შედეგები ძალიან ზუსტი იყო. აქედან გამომდინარე, მან გამოაქვეყნა ისინი მაგიდის სახით მისი სახელმძღვანელოს ფიზიკაში.

აორთქლების თეორია

გაზების თერმული გაფართოება (როგორც ფიზიკური თეორია) განიცდის სხვადასხვა ცვლილებებს. მეცნიერებმა სცადეს იმ პროცესების არსი, რომლის მიხედვითაც ორთქლი მზადდება. აქ კვლავ გამოირჩევა უკვე ცნობილი ფიზიკოსი დალტონისთვის. მან მიიჩნია, რომ ნებისმიერი სივრცე გაზიანი ორთქლისგან გაჯერებულია, მიუხედავად იმისა, არის თუ არა ეს სხვა აირის ან ორთქლის არსებობა ამ ოთახში. აქედან გამომდინარე, შეიძლება დაასკვნა, რომ თხევადი არ იქნება evaporate, უბრალოდ შემოდის კონტაქტში ატმოსფერული ჰაერი.

ჰაერის სვეტის ზეწოლა თხევადი ზედაპირის ზედაპირზე ზრდის ატომებს შორის სივრცს, გაცივლებს მათ და აორთქლებებს, რაც ხელს უწყობს ორთქლის ფორმირებას. მაგრამ სიმძიმის ძალა აგრძელებს ორთქლის მოლეკულებს, ამიტომ მეცნიერებმა მიიჩნიეს, რომ ატმოსფერული წნევა გავლენას არ ახდენს სითხეების აორთქლებაზე.

სითხეების გაფართოება

სითხეების თერმული გაფართოება გამოიკვლიეს გაზების გაფართოების პარალელურად. სამეცნიერო კვლევა ჩატარდა იმავე მეცნიერებმა. ამისათვის ისინი იყენებდნენ თერმომეტრებს, აეროდრომებს, გემებს და სხვა ინსტრუმენტებს.

ყველა ექსპერიმენტი ერთად და თითოეული ცალკე უარყოფს Dalton თეორია, რომ ჰომოგენური სითხეები გაფართოების პროპორციულად მოედანზე ტემპერატურა, სადაც ისინი მწვავე. რა თქმა უნდა, უმაღლესი ტემპერატურა, უფრო დიდი მოცულობის თხევადი, მაგრამ არ იყო პირდაპირი ურთიერთობა მას. და ყველა სითხის გაფართოების მაჩვენებელი განსხვავდებოდა.

მაგალითად, წყლის თერმული გაფართოება იწყება ნულის გრადუსამდე და გრძელდება ტემპერატურის შემცირებით. მანამდე, ექსპერიმენტის ეს შედეგები მიეწოდა იმ ფაქტს, რომ არ არის წყლის გაფართოება, არამედ ის მოცულობა, რომელიც მდებარეობს სიღრმეში. მაგრამ ცოტა ხნის შემდეგ ფიზიკოსი დელიუკი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ მიზეზი თხევადი აღმოჩნდა. მან გადაწყვიტა იპოვოს ყველაზე დიდი სიმკვრივის ტემპერატურა. თუმცა, ეს ვერ მოხერხდა გარკვეული დეტალების უგულებელყოფის გამო. Rumfort, რომელიც სწავლობდა ამ ფენომენს, აღმოჩნდა, რომ მაქსიმალური სიმჭიდროვე წყლის შეინიშნება სპექტრს 4 დან 5 გრადუსი.

ორგანოების თერმული გაფართოება

მყარად, გაფართოების ძირითადი მექანიზმია ცვლილება ამ ბრტყელი ლაიტის ვიბრაციის ამპლიტუდაში. მარტივად რომ ვთქვათ, ატომები, რომლებიც ქმნიან მატერიალურ და მკაცრად დაცულნი ერთმანეთს, იწყებენ "სიცრუეს".

ორგანოების თერმული გაფართოების კანონი ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: dT (დელტა T არის განსხვავება საწყისი ტემპერატურასა და საბოლოოს შორის) განსხვავდება DL- ით (დელტა L არის ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის წარმოებული ობიექტის სიგრძე და სხვაობა ტემპერატურა). ეს არის ამ კანონის ყველაზე მარტივი ვერსია, რომელიც ითვალისწინებს, რომ სხეული დაუყოვნებლივ ვითარდება ყველა მიმართულებით. მაგრამ პრაქტიკული მუშაობისთვის, ბევრად უფრო რთული გამოთვლები გამოიყენება, რადგან სინამდვილეში მასალებში განსხვავებულად მოქმედებენ, ვიდრე ფიზიკოსები და მათემატიკოსები.

სარკინიგზო თერმული გაფართოება

სარკინიგზო ხაზის ჩამოსაყალიბებლად, ფიზიკოსები ყოველთვის იზიდავს, რადგან მათ შეუძლიათ ზუსტად შეაფასოთ მანძილი რელსების სახსრებს შორის ისე, რომ როდესაც მწვავე ან დამონტაჟებული ბილიკები არ არის დეფორმირებული.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, თერმული ხაზოვანი გაფართოება გამოიყენება ყველა მყარად. და სარკინიგზო არ იყო გამონაკლისი. მაგრამ არსებობს ერთი დეტალი. წრფივი ცვლილება ხდება თავისუფლად, თუ სხეულის არ არის დაზარალებული ხახუნის. რელსები მკაცრად არის მიმაგრებული შპალები და მიმდებარე რელსები შედუღებული, ამიტომ კანონი, რომელიც აღწერს სიგრძე ცვლილებას, ითვალისწინებს დაბრკოლებების გადალახვას და დატბორვის საფრთხეს.

თუ სარკინიგზო ვერ შეცვლის თავის სიგრძეს, მაშინ ცვლილება ტემპერატურაზე, სითბოს სტრესმა იზრდება, რომელსაც შეუძლია მონაკვეთი და შეკუმშოს იგი. ეს ფენომენი აღწერს ჰუკის კანონს.