Sự giãn nở nhiệt là gì, giãn nở dài – giãn nở khối – giãn nở diện tích – Sự giãn nở nhiệt của chất rắn và chất lỏng.
Giãn nở nhiệt
Giãn nở nhiệt là sự gia tăng kích thước của một vật khi nhiệt độ của nó tăng lên. Giãn nở nhiệt là hệ quả của sự thay đổi khoảng cách tương đối giữa các nguyên tử trong một vật. Nếu sự giãn nở tương đối nhỏ so với kích thước ban đầu của vật, sự thay đổi theo chiều bất kỳ, lấy xấp xỉ, là tỷ lệ thuận với lũy thừa bậc nhất của sự thay đổi về nhiệt độ.
Giãn nở dài
Giả sử một đối tượng có chiều dài ban đầu 𝐿𝑖. Nhiệt độ thay đổi một lượng ∆𝑇 = 𝑇𝑓 − 𝑇𝑖, chiều dài thay đổi một lượng ∆𝐿 = 𝐿𝑓 − 𝐿𝑖. Ta định nghĩa hệ số giãn nở dài là:
Hệ số giãn nở dài, α, có đơn vị là (°C)-1
Một số vật liệu giãn nở dọc theo một chiều, nhưng co lại theo các chiều khác khi nhiệt độ tăng. Do các kích thước dài thay đổi, diện tích bề mặt và thể tích cũng thay đổi theo sự thay đổi về nhiệt độ. Một lỗ hở trong một mẩu vật liệu cũng giãn nở giống như phần rỗng đã được lấp đầy bởi vật liệu ấy. Khái niệm về sự nở vì nhiệt có thể được xem là tương tự với sự phóng ảnh.
Giãn nở khối
Sự giãn nở khối tỷ lệ thuận với khối lượng ban đầu và sự thay đổi về nhiệt độ.
∆𝑉 = 𝛽𝑉𝑖∆T
- β là hệ số giãn nở khối.
- Đối với một vật rắn, β = 3α (Giả định vật liệu là đẳng hướng, giống nhau ở tất cả các hướng).
- Đối với một chất lỏng hoặc khí, β được cho trong bảng.
Hệ số giãn nở nhiệt của một số vật liệu
Giãn nở diện tích
Sự thay đổi diện tích tỷ lệ thuận với diện tích ban đầu và sự thay đổi về nhiệt độ:
∆𝐴 = 2𝛼𝐴𝑖∆T
Dải lưỡng kim (băng kép)
Một thiết bị cơ đơn giản được gọi là dải lưỡng kim, được tìm thấy trong các thiết bị thực tế như máy điều nhiệt cơ học, sử dụng sự khác biệt về hệ số giãn nở khác nhau của các nguyên vật liệu. Nó bao gồm hai dải kim loại mỏng làm bằng các vật liệu khác nhau, nối với nhau. Khi nhiệt độ của dải tăng lên, hai kim loại mở rộng bằng các lượng khác nhau và uốn cong như trong hình
a) Dải lưỡng kim uốn cong khi nhiệt độ thay đổi do hai kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau và b) Một dải lưỡng kim được sử dụng trong bộ điều nhiệt để ngắt hoặc làm tiếp xúc điện.
Sự giãn nở nhiệt của nước
- Khi tăng nhiệt độ từ 0°C đến 4°C, nước co lại. Mật độ của nó tăng lên.
- Trên 4oC, nước giãn nở khi nhiệt độ tăng. Mật độ của nó giảm.
- Mật độ nước tối đa (1000 g / cm3) xảy ra ở 4oC
Mật độ nước thay đổi theo nhiệt độ ở áp suất khí quyển.
