Apa itu pelebaran volumetrik? (Dengan contoh)

Itu dilatasi volumetrik Ini adalah fenomena fisik yang menyiratkan variasi dalam tiga dimensi tubuh. Volume atau dimensi sebagian besar zat meningkat ketika mereka mengalami panas; Ini adalah fenomena yang dikenal sebagai pelebaran termal, namun ada juga zat yang berkontraksi saat dipanaskan.

Meskipun perubahan volume relatif kecil untuk padatan, mereka sangat penting teknis, terutama dalam situasi di mana diinginkan untuk bergabung dengan bahan yang berkembang secara berbeda.

Bentuk beberapa padatan menderita distorsi saat dipanaskan dan dapat berkembang ke beberapa arah dan berkontraksi pada yang lain. Namun, ketika hanya ada pelebaran dalam sejumlah dimensi tertentu, ada klasifikasi untuk ekspansi tersebut:

• Dilatasi linier terjadi ketika variasi dalam dimensi tertentu mendominasi, seperti panjang, lebar atau tinggi tubuh.
• Pelebaran superfisial adalah bahwa di mana variasi mendominasi dalam dua dari tiga dimensi.
• Akhirnya, pelebaran volumetrik menyiratkan variasi dalam tiga dimensi tubuh.

[TOC]

Konsep dasar yang terkait dengan pelebaran termal

Energi termal

Materi ini dibentuk oleh atom yang bergerak terus menerus, baik bergerak atau bergetar. Energi kinetik (atau gerakan) dengan mana atom bergerak disebut energi termal, semakin cepat mereka bergerak, semakin besar energi termal yang mereka miliki.

Panas

Panas adalah energi termal yang ditransfer antara dua zat atau lebih atau dari satu bagian zat ke yang lain pada skala makroskopik. Ini berarti bahwa tubuh yang panas dapat memberikan bagian dari energi termal dan mempengaruhi tubuh yang dekat dengannya.

Jumlah energi termal yang ditransfer tergantung pada sifat tubuh dekat dan lingkungan yang memisahkannya.

Suhu

Konsep suhu sangat penting untuk mempelajari efek panas, suhu tubuh adalah ukuran kemampuannya untuk mentransfer panas ke tubuh lain.

Dapat melayani Anda: reaksi entalpi: definisi, termokimia, latihan

Dua badan dalam kontak timbal balik atau dipisahkan dengan cara yang memadai (konduktor panas) akan berada pada suhu yang sama jika tidak ada aliran panas di antara keduanya. Demikian pula, tubuh X akan berada pada suhu yang lebih besar dari tubuh dan jika panas mengalir dari x a dan.

Apa sifat dasar pelebaran termal?

Ini jelas terkait dengan perubahan suhu, pada ekspansi suhu yang lebih tinggi. Ini juga tergantung pada struktur internal material, dalam termometer, perluasan merkuri jauh lebih besar daripada perluasan kaca yang mengandungnya.

Apa penyebab mendasar dari pelebaran termal?

Peningkatan suhu menyiratkan peningkatan energi kinetik atom individu dalam suatu zat. Dalam padatan, tidak seperti gas, atom atau molekul bersama -sama bersama, tetapi energi kinetiknya (dalam bentuk getaran kecil dan cepat) terpisah satu sama lain menjadi atom atau molekul.

Pemisahan antara atom tetangga ini menjadi meningkat dan menghasilkan peningkatan ukuran padat.

Untuk sebagian besar zat dalam kondisi biasa, tidak ada arah preferensial di mana pelebaran termal terjadi, dan peningkatan suhu akan meningkatkan ukuran padatan dengan fraksi tertentu di setiap dimensi.

Pelebaran linier

Contoh ekspansi paling sederhana adalah ekspansi dalam dimensi (linier). Secara eksperimental ditemukan bahwa perubahan panjang ΔL zat sebanding dengan perubahan suhu ΔT dan panjang awal LO (Gambar 1). Kita dapat mewakili ini sebagai berikut:

Dl = alodt

di mana α adalah koefisien proporsionalitas yang disebut koefisien pelebaran linier dan merupakan karakteristik dari masing -masing bahan. Beberapa nilai koefisien ini ditunjukkan pada Tabel a.

Koefisien pelebaran linier lebih tinggi untuk bahan yang mengalami ekspansi yang lebih besar untuk setiap derajat celcius yang meningkatkan suhunya.

Dapat melayani Anda: Modul Muda: Perhitungan, Aplikasi, Contoh, Latihan

Pelebaran superfisial

Ketika sebuah pesawat diambil dalam tubuh yang solid, sehingga bidang ini adalah yang menderita ekspansi termal (Gambar 2), perubahan area ΔA diberikan oleh:

Da = 2aa0

Di mana ΔA adalah perubahan dalam area awal AO, T adalah perubahan suhu dan α adalah koefisien pelebaran linier.

Dilatasi volumetrik

Seperti pada kasus sebelumnya, perubahan volume ΔV dapat diperkirakan dengan rasio (Gambar 3). Persamaan ini biasanya ditulis sebagai berikut:

DV = BVODT

di mana β adalah koefisien pelebaran volumetrik dan kira -kira sama dengan 3∝ λ∝ τ∝ ßλ∝ 2 Nilai koefisien ekspansi volumetrik untuk beberapa bahan ditampilkan ditampilkan.

Secara umum, zat akan berkembang di bawah peningkatan suhu, air adalah pengecualian paling penting untuk aturan ini. Air mengembang saat suhunya meningkat saat lebih dari 4ºC.

Namun, ia juga mengembang dengan mengurangi suhunya pada interval 4ºC ke 0ºC. Efek ini dapat diamati ketika air dimasukkan ke dalam lemari es, air mengembang saat membeku dan sulit untuk mengekstrak es dari wadahnya dengan ekspansi tersebut.

Contoh

Perbedaan dalam pelebaran volumetrik dapat menyebabkan efek menarik di pompa bensin. Contohnya adalah tetesan bensin dalam tangki yang baru saja diisi untuk hari yang panas.

Bensin mendinginkan tangki baja saat tumpah, dan keduanya, bensin dan tangki melebar dengan suhu udara di sekitarnya. Namun, bensin melebar jauh lebih cepat daripada baja, dan dengan demikian meneteskan di luar tangki terjadi.

Itu dapat melayani Anda: panas sensitif: konsep, formula dan latihan diselesaikan

Perbedaan pelebaran antara bensin dan tangki yang mengandungnya dapat menyebabkan masalah dengan membaca indikator tingkat bahan bakar. Jumlah bensin (massa) yang tetap ada di dalam tangki ketika indikator mencapai pada tingkat vakum jauh lebih rendah di musim panas daripada di musim dingin.

Bensin memiliki volume yang sama di kedua stasiun ketika lampu peringatan menyala, tetapi karena bensin melebar selama musim panas, ia memiliki massa yang lebih rendah.

Sebagai contoh, tangki bensin baja penuh dapat dipertimbangkan, dengan kapasitas 60L. Jika tangki dan suhu bensin 15ºC, berapa banyak bensin akan tumpah pada saat mereka mencapai suhu 35ºC?

Tangki dan bensin akan meningkat volume karena kenaikan suhu, tetapi bensin akan meningkat lebih dari tangki. Sehingga bensin yang tumpah akan menjadi perbedaan dalam perubahan volume. Persamaan dilatasi volumetrik kemudian dapat digunakan untuk menghitung perubahan volume:

Volume yang tumpah dengan peningkatan suhu adalah:

Menggabungkan 3 persamaan ini dalam satu, Anda memiliki:

Tabel 2 memperoleh nilai koefisien pelebaran volumetrik, mengganti nilai:

Meskipun jumlah bensin yang tumpah ini relatif tidak signifikan dibandingkan dengan tangki 60 L, efeknya mengejutkan, karena bensin dan baja mengembang dengan sangat cepat.

Bibliografi

1. Yen ho cho, taylor r. Perluasan Themal dari Solid Asm International, 1998.
2. H. Ibach, Hans Lüth Solid-State Physics: Pengantar Prinsip Ilmu Material Sains & Media Bisnis, 2003.
3. Halliday d., Resnick r., Krane K. Fisika, Volume 1. Wiley, 2001.
4. Martin c. Martin, Charles A. Elemen Hewett dari Fisika Klasik Elsevier, 2013.
5. Zemansky Mark W. Panas dan termodinamika. Editorial Aguilar, 1979.