![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Количественные характеристики теплового расширения тел.Стр 1 из 4Следующая ⇒
TЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ Цель работы: 1. Ознакомление с физикой явления теплового расширения твердых тел. 2. Измерение линейных и объемных коэффициентов расширения различных материалов. Приборы и принадлежности 1. Станина с индикатором, измеряющим удлинение трубок при увеличении температуры. 2. Металлические трубки из различных материалов. 3. Электроплитка, колба с дистиллированной водой.
ТЕОРИЯ ВОПРОСА Количественные характеристики теплового расширения тел. Тепловое расширение - это изменение размеров тел при их нагревании. Оно учитывается при конструировании всех установок, приборов и машин, работающих в переменных температурных условиях. Количественно тепловое расширение при постоянном давлении характеризуется коэффициентом объемного расширения
который представляет собой относительное изменение объема тела при изменении температуры на 1 К. Практически значения
где
Для характеристики теплового расширения твердых тел наряду с коэффициентом
равный относительному изменению длины тела при изменении температуры на 1 К и постоянном давлении. На практике значения коэффициента линейного расширения
где Из отношений (2) и (4), являющихся определениями коэф-фициентов
Коэффициенты линейного расширения твердых тел малы и представляют собой величины порядка 10-5 и 10-6 K-1. Вследствие анизотропии кристаллов (т.е. неодинаковости их свойств в различных направлениях) коэффициент линейного расширения данного кристалла может быть различным для различных направлений. Это приводит к тому, что расширяясь кристалл не остается подобен самому себе, он меняет свою форму. Некоторая физическая прямая (т.е. линия связанная с определенными частицами твердого тела) при тепловом расширении кристалла, вообще говоря, не остается прямой. Однако в каждом кристалле есть такие направления, вдоль которых физическая прямая остается при тепловом расширении прямой. Эти направления параллельные осям симметрии и называются кристаллографическими осями. Значения коэффициентов линейного теплового расширения вдоль кристаллографических осей называются главными коэффициентами расширения кристалла. В общем случае кристаллы обладают тремя кристаллографическими осями и тремя различными главными коэффициентами линейного теплового расширения Коэффициент объемного расширения кристалла приблизительно равен сумме его главных коэффициентов линейного расширения. Чтобы убедиться в этом, представим себе, что из кристалла с взаимно перпендикулярными кристаллографическими осями вырезано тело в форме прямоугольного параллелепипеда, ребра которого параллельны кристаллографическим осям. Обозначим длину этих ребер при температуре
Новый объем параллелепипеда будет равен
Производя перемножение в правой части (7) и пренебрегая всеми членами, содержащими произведения величин
Сравнивая формулы (5) и (8) находим
Если из кристалла с различными Различие или равенство главных коэффициентов линейного расширения
Шар, выточенный из таких тел, остается шаром и после нагревания (только большего диаметра). В некоторых типах кристаллов (например, в кристаллах с гексогональной решеткой)
Очевидно, что анизотропию теплового расширения можно наблюдать только в монокристаллах. В поликристаллических же телах из-за всевозможной ориентации отдельных кристалликов во всех направлениях будет наблюдаться некоторая средняя величина теплового расширения, как в аморфных телах. Поэтому для поликристаллических тел практически всегда Коэффициенты теплового расширения твердых тел практически остаются постоянными, если интервалы температур, в которых они измеряются, малы, а сами температуры выше 0° С. Вообще же коэффициенты теплового расширения зависят от температуры. При низких температурах коэффициенты
|