Fysiikka

Lineaarinen dilaatio


Kaasujen suhteen yksi lämpötilan vaihtelun vaikutuksista on mittojen vaihtelu kiinteissä ja nestemäisissä kappaleissa. Tätä variaatiota kutsumme Lämpölaajeneminen.

Sitä sovelletaan vain kiinteiden olosuhteiden elimiin ja se koostuu vain yhden ulottuvuuden huomattavista variaatioista. Kuten esimerkiksi tankoissa, kaapeleissa ja johdoissa.

Kun tarkastellaan esimerkiksi homogeenisen palkin pituutta alkuperäisessä lämpötilassa . Kun tätä lämpötilaa nostetaan a (>) havaitaan, että tämän tankon pituus on (>).

Siten voidaan päätellä, että lineaarinen laajentuminen tapahtuu suhteessa lämpötilan vaihteluun ja alkuperäiseen pituuteen. . Mutta analysoitaessa samankokoisia, mutta eri materiaalista tehtyjä palkkeja, niiden pituusvaihtelut olisivat erilaisia, koska dilaatio ottaa huomioon myös sen materiaalin ominaisuudet, jolla esine tehdään, tämä on lausekkeen suhteellisuusvakio. , kutsutaan lineaarisen laajenemiskerroin (α).

Voimme siis ilmaista:

Käytetty yksikkö α on lämpötilayksikön käänteinen arvo: .

Joitakin tavanomaisia ​​lineaaristen laajenemiskertoimien arvoja:

aine
lyijy
sinkki
alumiini
hopea
kupari
kulta
rauta
platina
Lasi (yleinen)
volframi
Pyrex-lasi

Bimetalliterä

Yksi jokapäiväisessä elämässä yleisimmin käytetyistä lineaarisista dilataatiosovelluksista on bimetalliterien rakentaminen, jotka koostuvat kahdesta eri materiaalilevystä ja siten erilaisista hitsattuista lineaarisista laajenemiskertoimista. Kuumennettaessa levyt kasvattavat pituuttaan epätasaisesti, aiheuttaen tämän hitsatun terän taipumisen.

Bimetalliterät löytyvät pääasiassa sähkö- ja elektroniikkalaitteista, koska sähkövirta aiheuttaa johtimien kuumenemisen, mikä ei voi olla lämpimämpää kuin ne on rakennettu kestämään.

Kun terä taivutetaan, sen tarkoituksena on keskeyttää sähkövirta, lepoajan jälkeen johtimen lämpötila laskee, jolloin terä palautuu alkuperäiseen muotoonsa ja kuntouttaa sähkön kulun.

Graafinen esitys

Voimme ilmaista kehon lineaarisen laajentumisen sen pituusgraafin avulla. (L) lämpötilasta riippuen (θ), kuten tämä:

Kaavion on oltava suoraviivainen segmentti, joka ei kulje alkuperästä, koska alkupituus ei ole nolla.

Tarkastellaan kulmaa φ linjan kaltevuudeksi suhteessa vaaka-akseliin. Voimme liittää sen:

koska: