Pelebaran termal

Kami menjelaskan apa itu pelebaran termal, jenis yang ada, dan kami memberikan beberapa contoh

Pelebaran termal air

Apa itu pelebaran termal?

Itu Pelebaran termal o Ekspansi termal adalah peningkatan dimensi tubuh saat memanas. Itu terjadi dengan hampir semua bahan, kecuali dengan beberapa yang mengembang saat membeku, seperti air dan asam asetat, misalnya.

Penjelasan tentang fenomena ini terletak pada agitasi termal partikel. Menurut teori kinetik, molekul -molekul yang membentuk zat tidak diam, tetapi dalam gerakan permanen.

Dalam padatan, partikel berosilasi di sekitar titik tetap, tetapi dengan meningkatkan suhu, amplitudo osilasi tumbuh, dan sebagai akibatnya objek mengembang.

Properti bahan yang berkembang dengan suhu ini digunakan dalam banyak aplikasi, misalnya dalam cairan dan strip bimetalik, ini dilipat dengan cara tertentu dengan meningkatkan suhu dan dengan cara ini sirkuit dapat dibuka atau ditutup.

Namun, kadang -kadang pelebaran termal menyebabkan ketidaknyamanan, seperti dalam kasus resin yang digunakan untuk mengobati peluruhan gigi. Resin ini mengembang dengan panas lebih cepat dari gigi, menyebabkan ketidaknyamanan saat minuman panas dicerna.

Jika ekspansi termal tidak diperhitungkan saat membuat desain, potongan atau objek dapat kehilangan fungsionalitas ketika karena alasan tertentu suhu meningkat.

Jenis pelebaran termal

Rel kereta api ini dibangun meninggalkan celah atau celah, sehingga pelebaran termal tidak menyebabkan ketegangan internal yang merusak rel pada rel

Sebagian besar bahan mengembang saat memanaskan, tetapi beberapa melakukan sebaliknya, jadi pada prinsipnya ada dua jenis ekspansi termal:

• Paling sering, yang terjadi saat peningkatan materi cukup dimensinya dengan suhu dan disebut pelebaran salah satu Ekspansi termal.
• Ekspansi termal negatif, Jika zat itu mengangkat bahu kapan.

Ini dapat melayani Anda: Perpindahan Panas Radiasi (dengan contoh)

Menurut dimensi dominan dalam objek, ekspansi termal bisa linier, superfisial atau volumetrik. Misalnya, jika Anda memiliki kawat atau batang tipis, objek diperpanjang dan pelebarannya linier, karena panjangnya terutama dimodifikasi.

Di sisi lain, ketika lembaran tipis dipanaskan, yang meningkat adalah area dangkal, sedangkan objek tiga dimensi meningkatkan volumenya. Untuk masing -masing kasus ini ada persamaan sederhana yang dipenuhi dalam kisaran suhu yang baik.

1. Pelebaran linier

Perubahan panjang batang tipis, batang atau kawat dilambangkan sebagai ΔL dan berbanding lurus dengan perubahan suhu Δt dan panjang asli l_{salah satu}:

ΔL = α⋅L_{salah satu}Δt

Di mana:

• ΔL = Panjang Akhir - Panjang Awal = L_F - L_{salah satu}
• Δt = suhu akhir - suhu awal = t_F - T_{salah satu}
• α adalah konstanta proporsionalitas, disebut Koefisien ekspansi linier , positif jika panjangnya meningkat dengan suhu.

Nilai α untuk zat yang berbeda, dalam unit terbalik suhu, hampir selalu pada 20 ºC, meskipun nilainya tetap konstan dalam kisaran suhu yang baik.

Persamaan sebelumnya dapat ditulis ulang untuk secara langsung menghitung panjang akhir:

L_F = L_{salah satu} + αl_{salah satu}Δt = l_{salah satu}(1 + αΔt)

2. Pelebaran superfisial

Analog dengan persamaan sebelumnya, untuk lamina dengan permukaan awal S_{salah satu} , Dapat ditunjukkan bahwa permukaan baru_F Itu diberikan oleh:

S_F = S_{salah satu} + 2α_{salah satu} Δt

3. Dilatasi volumetrik

Akhirnya, untuk objek volume awal v_{salah satu} , Volume baru V_F adalah:

V_F = V_{salah satu} + 3α v_{salah satu} Δt

Contoh pelebaran termal

Udara panas dalam balon

Udara di dalam dunia mengembang saat dipanaskan. Lebih mudah untuk tidak membawanya terlalu dekat dengan api

Saat memanaskan udara di dalam balon, ia mengembang, karena gas di dalamnya mengembang karena kenaikan suhu. Mudah diperiksa dengan menutupi botol kaca dengan balon kempes, yang direndam dalam air panas. Segera terlihat bahwa balon mulai mengembang.

Dapat melayani Anda: Mekanika Material: Sejarah, bidang studi, aplikasi

Sendi ekspansi di trotoar dan jalan

Papan ekspansi berbentuk gigi di jembatan beton

Dalam pembangunan trotoar dan rute lalu lintas, margin dibiarkan untuk sambungan ekspansi, yang terdiri dari pemisahan antara lempengan sehingga, ketika suhu meningkat, mereka tidak retak.

Di jalan raya dan jembatan beton, ruang dibiarkan dengan bahan fleksibel atau dengan sendi ekspansi dalam bentuk gigi yang saling bertambah, meninggalkan ruang. Dengan cara ini ada margin bagi beton untuk memperluas dan berkontraksi dengan perubahan suhu.

Fraktur dalam kaca

Retak kaca sebelum perubahan suhu mendadak. Jika kaca kaca dingin diisi dengan air yang sangat panas, bahannya memanas, menyebabkan ekspansi di beberapa tempat, yang menyebabkan ketegangan internal yang menyebabkan patah tulang.

Bertentangan dengan apa yang dipikirkan, kaca tebal lebih mudah retak daripada kaca tipis. Ini karena fakta bahwa semakin tipis bahan, semakin cepat panas didistribusikan, jadi tidak ada waktu untuk ketegangan internal untuk muncul.

Pembekuan air

Air adalah contoh ekspansi termal negatif, yaitu mengembang saat pendinginan, sebuah fenomena yang terjadi antara 0 dan 4 ºC. Seperti diketahui, saat membekukan sebotol air yang benar -benar penuh, itu akan retak.

Namun, kualitas air ini memungkinkan untuk latar belakang sungai dan danau.

Dapat melayani Anda: panas laten

Berbohong listrik

Kabel peletakan listrik tidak ditempatkan di garis lurus di antara dua tiang, tetapi meninggalkan beberapa margin untuk menggantung sedikit, membentuk kurva. Itu karena, ketika cuaca menjadi sangat dingin, kabel cenderung berkontraksi.

Di sisi lain, saat cuaca sangat panas, adalah umum untuk melihat bahwa kabel peletakan listrik rileks dan banyak menggantung.

Paku keling pesawat

Di pesawat mereka digunakan aluminium yang diproduksi untuk bergabung dengan bagian -bagiannya, dan selalu dibuat lebih besar dari lubang yang sesuai. Kemudian, sebelum menempatkan mereka di tempat mereka, Anda harus mengontraknya, mendinginkannya dengan es kering.

Ada banyak alasan mengapa paku keling lebih disukai sekali dari pengelasan untuk pesawat terbang. Misalnya, jenis aluminium yang digunakan dalam pembuatan pesawat sulit dilas dan bahkan jika tercapai, pengelasan akhirnya melemahkan material. Di sisi lain, lebih mudah untuk memeriksa dan memperbaiki paku keling daripada lasan.

Olahraga diselesaikan

Batang tipis yang terbuat dari ukuran perunggu 0.5 m panjang hingga 20.0 ºC. Hitung panjang batang saat dipanaskan hingga 50.0 ºC, mengetahui bahwa koefisien pelebaran linier perunggu pada 20 ºC adalah: 19 × 10^-6 ºC^-1 .

Larutan

Karena bilahnya tipis, persamaan untuk ekspansi linier berlaku:

L_F = L_{salah satu} (1 + αΔt)

Itu cukup untuk menggantikan nilai yang muncul dalam pernyataan:

Δt = (50.0 −20.0) ºC = 30.0 ºC

L_F = 0.5 (1 + 19 × 10^-6 × 30) m = 0.500285 m