熱膨脹是一種物理現象，指材料尺寸因溫度升高或降低而改變。熱膨脹係數是衡量這種變化的量，可分為三類：線性膨脹、表面膨脹和體積膨脹。因此，了解如何計算並在不同情況下應用這些係數至關重要，這可以透過實踐練習來實現。本文將探討熱膨脹的基本概念及其係數，並提供一些練習來幫助理解這個現象。
確定材料熱膨脹係數的方法。
要確定材料的熱膨脹係數，只需進行一個簡單的實驗。首先，測量材料在加熱或冷卻時的長度變化。然後，計算材料在實驗過程中所經歷的溫度變化。
有了這些數據，就可以用數學公式來描述長度變化、溫度變化和材料熱膨脹係數之間的關係。熱膨脹係數用希臘字母表示 阿爾法 以 1/°C（或 1/K）為單位進行測量。
因此，可以使用以下公式確定熱膨脹係數：
阿爾法 =（長度變化）/（初始長度x溫度變化）
透過正確的計算，可以得到相關材料的熱膨脹係數。該值對於理解材料在溫度變化下的行為至關重要，並可用於各種計算和工程項目。
熱膨脹的類型：了解材料膨脹隨溫度的變化。
熱膨脹是各種材料中因溫度變化而產生的現象。熱膨脹有多種類型，每種類型都有其特定的特性。
最常見的熱膨脹類型是： 線性膨脹, 表層擴張 e 體積膨脹線性膨脹只發生在一維空間，表面膨脹發生在二維空間，體積膨脹發生在三維空間。
熱膨脹係數是表示材料隨溫度變化而膨脹或收縮的量。每種材料都有特定的熱膨脹係數，可以用來計算不同溫度下材料尺寸的變化。
要計算熱膨脹引起的材料尺寸變化，我們可以使用以下公式：
ΔL = α * L * ΔT
其中ΔL表示尺寸變化，α為熱膨脹係數，L為材料原始尺寸，ΔT為溫度變化。
了解不同類型的熱膨脹及其對材料的影響非常重要，因為這在各種實際應用中都至關重要，例如需要承受溫度變化的結構的建造。
簡而言之，熱膨脹是材料因溫度變化而發生的自然現象。了解熱膨脹的類型及其計算方法，對於理解材料在不同熱條件下的行為至關重要。
熱收縮：以金屬尺寸減少為例來理解這種現象。
熱收縮是指材料因溫度降低而尺寸減少的現象。金屬冷卻時尺寸減少就是一個常見的例子。
當金屬受熱時，其粒子運動會加快，導致熱膨脹。相反，當金屬冷卻時，粒子運動減慢，導致熱收縮。這種現像在日常生活中隨處可見，例如冬季火車軌道縮短。
值得注意的是，金屬的熱收縮可以用線性膨脹係數來計算，而這個係數衡量的是材料長度隨溫度變化的變化。此外，熱收縮有多種類型，例如等溫收縮和絕熱收縮。
簡而言之，熱收縮是材料失熱收縮時發生的自然現象。了解這個過程對於建築、設備製造等各個工業領域都至關重要。因此，研究金屬的熱收縮對於確保所用材料的效率和耐久性至關重要。
膨脹係數：它們之間有什麼關係？
膨脹係數是表示材料尺寸隨溫度變化的量。膨脹係數分為三種：線性膨脹係數、表面膨脹係數、體積膨脹係數。線性膨脹係數表示材料長度的變化，表面膨脹係數表示面積的變化，體積膨脹係數表示體積的變化。
這些係數之間的關係在於，它們都與材料的熱膨脹有關。當材料受熱時，其分子運動速度加快，導致其尺寸增加。每種膨脹係數都與材料特定尺寸的變化有關。
例如，如果一種材料具有 線膨脹係數 2 x 10^-5 /°C，表示溫度每升高1°C，材料的長度就會增加2 x 10^-5倍。同樣，如果材料具有 表面膨脹係數 4 x 10^-5 /°C，即溫度每升高4°C，材料的面積將增加其初始面積的10 x 5^-1倍。
因此，膨脹係數與材料在加熱時膨脹的方式直接相關，對於研究和了解材料的熱膨脹至關重要。
熱膨脹：係數、類型和練習
A 熱膨脹 物體或物理實體在多個度量維度（例如長度或體積）上發生的增加或變化。此過程是由於材料周圍溫度升高而發生的。在線性膨脹的情況下，這些變化只發生在一個維度上。
可以透過比較膨脹過程前後的數值來測量膨脹係數。有些材料會經歷與熱膨脹相反的膨脹，即變成「負值」。這個概念表明，某些材料在暴露於特定溫度下時會收縮。
對於固體，我們用線性膨脹係數來描述其膨脹。相反，對於液體，我們用體積膨脹係數來計算。
對於結晶固體，如果玻璃是等軸晶，膨脹將遍及晶體的各個維度。如果不是等軸晶，則整個玻璃的膨脹係數可能不同，並且其尺寸會隨著溫度的變化而變化。
熱膨脹係數
熱膨脹係數 (Y) 定義為材料因溫度變化而發生的變化半徑。此係數在固體中以符號 α 表示，在液體中以符號 β 表示，並遵循國際單位制。
熱膨脹係數會根據固體、液體或氣體而變化，每種物質都有其自身的特徵。
例如，固體的膨脹可以沿其長度觀察到。體積係數是流體中最基本的係數之一，其變化在各個方向上都可見；該係數也用於計算氣體的膨脹。
負熱膨脹
某些材料會出現負熱膨脹，它們在高溫下尺寸不會增大，但在低溫下會收縮。
這種類型的熱膨脹通常在開放系統中觀察到，在開放系統中可以觀察到定向相互作用（例如冰的情況）或在複合化合物中觀察到（例如某些沸石、Cu2O 等）。
此外，一些研究表明，負熱膨脹也會發生在單組分網路中，並且緊密且具有中心力相互作用。
當我們將冰塊放入一杯水中時，就可以看到負熱膨脹的一個明顯例子。在這種情況下，冰塊中液體的高溫不會導致其體積增大，而是會使其收縮。
類型
在計算物理物件的膨脹時，必須考慮到，根據溫度的變化，該物體的尺寸可能會增加或收縮。
有些物體不需要劇烈的溫度變化來改變其大小，因此計算顯示的值很可能是平均值。
與任何過程一樣，熱膨脹分為幾種類型，每種類型分別解釋不同的現象。對於固體，熱膨脹的類型包括線性膨脹、體積膨脹和表面膨脹。
線性膨脹
在線性膨脹中，單一變化占主導地位。在這種情況下，唯一會改變的單位是物體的高度或寬度。
計算這種膨脹的簡單方法是將溫度變化前的幅度值與溫度變化後的幅度值進行比較。
體積膨脹
對於體積膨脹，計算方法是比較溫度變化前流體的體積與溫度變化後流體的體積。計算公式為：
表面或面積擴展
在表面膨脹的情況下，當溫度變化 1°C 時，就會觀察到物體或物體的面積增加。
這種展開式適用於固體。如果同時使用線性係數，則可以看到物體的尺寸將是原來的兩倍。計算公式如下：
A f = A. 0 [1 + YA (T f - T. 0 )]
在這個表達式中：
γ = 面積膨脹係數 [°C -1 ]
A 0 = 初始面積
A f = 最終面積
T 0 = 初始溫度。
T f = 最終溫度
面積擴張和線性擴張之間的差異在於，在前者中，您會看到物體面積增加的變化，而在後者中，變化的是單一測量單位（例如物理物件的長度或寬度）。
實例
第一個練習（線性擴張）
組成火車鋼軌的軌道長1500公尺。當溫度從24°C升至45°C時，軌道長度是多少？
解決方案
達多：
LO（初始長度）= 1500 米
L f （最終長度）=？
A（初始溫度）= 24°C
T f （最終溫度）= 45°C
α（相當於鋼的線膨脹係數）= 11 x 10 -6 °C -1
將資料代入以下公式：
但是，為了將溫差納入方程，你必須先知道溫差。要計算溫差，必須從較低溫度減去較高溫度。
Δt = 45°C – 24°C = 21°C
一旦知道這些數據，您就可以使用上述公式：
Lf=1500公尺（1+21℃.11×10 -6 °C -1 )
Lf = 1500 公尺 (1 + 2,31 x 10 -4 )
Lf = 1500 公尺 (1.000231)
低頻 = 1500,3465 米
第二個練習（淺層擴張）
在一所預科學校，如果溫度為 1,4°C，玻璃眼罩的面積為 2 平方公尺。當溫度升高到 21°C 時，它的最終面積是多少？
解決方案
Af = A0 [1 + (Tf – T0)]
Af = 1,4 米 2 [1] 204,4 x 10 -6 ]
Af = 1,4 米 2 。 1.0002044
Af = 1.40028616 米 2
為什麼會發生擴張？
眾所周知，所有物質都是由各種亞原子粒子組成的。當溫度變化時，無論是升高或降低，這些原子都會發生運動，從而改變物體的形狀。
當溫度升高時，分子會因動能增加而開始快速運動，因此物體的形狀或體積增加。
在負溫度的情況下，情況正好相反；在這種情況下，物體的體積通常會因低溫而收縮。
Referências
- 線性、表面和體積膨脹——練習。已解答。檢索於8年2018月XNUMX日，來自Fisimat：fisimat.com.mx
- 淺層擴張－練習題解答。檢索於8年2018月XNUMX日，Fisimat：fisimat.com.mx
- 熱膨脹 8 年 2018 月 XNUMX 日取自大英百科全書：britannica.com
- 熱膨脹檢索於 8 年 2018 月 XNUMX 日，摘自 Hyper Physics Concepts：hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- 熱膨脹 8 年 2018 月 XNUMX 日取自 Lumen Learning：cursos.lumenlearning.com
- 熱膨脹 8 年 2018 月 XNUMX 日自《物理學超級教科書》檢索：physics.info
- 熱膨脹 8 年 2018 月 XNUMX 日取自維基百科：en.wikipedia.org。