Rozszerzalność cieplna: wydłuża się także otwór
Metalowy pierścień ogrzewamy równomiernie. Czy jego otwór się zmniejszy, bo materiał rozszerza się do środka? Nie. Przy swobodnym rozszerzaniu rosną wszystkie odległości, również średnica otworu.
W tym materiale
Metalowy pierścień ogrzewamy równomiernie. Czy jego otwór się zmniejszy, bo materiał rozszerza się do środka? Nie. Przy swobodnym rozszerzaniu rosną wszystkie odległości, również średnica otworu.
Potrzebne wiadomości: Różnica temperatur, proporcjonalność i długość, pole oraz objętość.
Mała zmiana długości
Dla jednorodnego materiału w zakresie, w którym współczynnik α można traktować jako stały, \Delta l=\alpha l_0\Delta T. Różnica jednego kelwina jest równa różnicy jednego stopnia Celsjusza; nie dodajemy 273,15 do przyrostu temperatury. Długość końcowa wynosi l=l_0(1+\alpha\Delta T).
Dla pręta długości 2 m, α=15·10⁻⁶ K⁻¹ i wzrostu temperatury o 40 K otrzymujemy wydłużenie 1,2 mm. To niewielki ułamek długości, ale może mieć znaczenie przy ciasnym pasowaniu. Jeśli pręt nie może się rozszerzać swobodnie, pojawiają się naprężenia i sam wzór na swobodne wydłużenie nie opisuje jego rzeczywistej zmiany długości.
Pole, objętość i pusta przestrzeń
Dla izotropowego ciała małe względne zmiany pola i objętości wynoszą w przybliżeniu \Delta A/A_0=2\alpha\Delta T oraz \Delta V/V_0=3\alpha\Delta T. Dokładne przemnożenie czynników długości zawiera jeszcze wyższe potęgi αΔT, pomijane w tym przybliżeniu.
Otwór można myślowo wypełnić takim samym materiałem. Przy równomiernym ogrzaniu pasujący fragment rozszerzyłby się razem z całością, a nie został ściśnięty przez resztę. Średnica swobodnego otworu rośnie według tej samej reguły długości. Nierównomierne ogrzewanie, ograniczenia mechaniczne i materiały anizotropowe wymagają osobnego modelu.
Zadania do tego tematu
- Swobodne wydłużenie dziesięciometrowego pręta
- Zmiana średnicy ogrzanego otworu
- Dwa materiały, jednakowa długość i różne wydłużenia
- Przybliżona i dokładniejsza zmiana objętości sześcianu
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz
Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto