Что такое коэффициент объемного расширения
Коэффициент объёмного расширения
Коэффициент теплового расширения — величина, характеризующая относительную величину изменения объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1° К, при постоянном давлении. В соответствии с этим различают:
Содержание
Коэффициент объёмного теплового расширения
Коэффициент линейного теплового расширения
Коэффициент линейного теплового расширения показывает относительное изменение длины тела при нагревании на температуру ΔT:
— относительное изменение линейного размера тела при нагревании его на dT градусов при постоянном давлении,
В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений: αx, αy, αz. Для изотропных тел αx = αy = αz и αV = 3αL;.
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Коэффициент объёмного расширения» в других словарях:
коэффициент объёмного расширения — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN coefficient of cubical expansion … Справочник технического переводчика
коэффициент объёмного расширения — tūrinio plėtimosi koeficientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. volume expansion coefficient vok. Raumausdehnungskoeffizient, m rus. коэффициент объёмного расширения, m pranc. coefficient de dilatation cubique, m; coefficient de… … Fizikos terminų žodynas
Коэффициент теплового расширения — Размерность Θ−1 Единицы измерения СИ К−1 … Википедия
Коэффициент линейного расширения — Коэффициент теплового расширения величина, характеризующая относительную величину изменения объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1° К, при постоянном давлении. В соответствии с этим различают: Содержание 1 Коэффициент… … Википедия
Коэффициент термического расширения — Коэффициент теплового расширения величина, характеризующая относительную величину изменения объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1° К, при постоянном давлении. В соответствии с этим различают: Содержание 1 Коэффициент… … Википедия
Объёмный фактор — Объёмный коэффициент (Formation Volume Factor, коэффициент объёмного расширения) газа/нефти/воды отношение объёма газа/нефти/воды в пластовых условиях (в м³) к объёму газа/нефти/воды, приведённого к атмосферному давлению и температуре 20 °C … Википедия
Тепловое расширение — изменение размеров тела в процессе его нагревания. Количественно Т. р. при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом Т. р.) Т2 > T1, V исходный объём тела (разность температур T2 T1… … Большая советская энциклопедия
Газы (агрегатное состояние вещества) — Газы (французское gaz; название предложено голланским учёным Я. Б. Гельмонтом), агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный им… … Большая советская энциклопедия
Газы — I Газы (французское gaz; название предложено голланским учёным Я. Б. Гельмонтом агрегатное состояние вещества, в котором его частицы не связаны или весьма слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь… … Большая советская энциклопедия
Моделирование физическое — вид моделирования, который состоит в замене изучения некоторого объекта или явления экспериментальным исследованием его модели (См. Модель), имеющей ту же физическую природу. В науке любой эксперимент, производимый для выявления… … Большая советская энциклопедия
Коэффициент расширения
Когда твердое тело и жидкость нагреваются, их температура повышается. Это приводит к тому, что в определенной мере увеличивается их объем при повышении температуры с каждым градусом. Свойство, которое характеризует отношение температуры и объема, называется коэффициентом расширения. У разных веществ коэффициент имеет разное значение, также может меняться у одного вещества в зависимости от того, какую оно имеет температуру. Принцип используется в работе термометров и других инструментов, используемых для измерения температуры.
Что такое тепловое расширение?
Тепловым расширение принято считать способность тел к расширению, когда они нагреваются. Это означает, что при повышении температуры изменяются их линейные и объемные размеры. Когда происходит охлаждение тела, процесс будет обратным – объем уменьшается.
Для чего нужен коэффициент?
Коэффициент теплового расширения описывает, как изменяется размер объекта, когда происходит повышение его температуры. В зависимости от конкретного использования, коэффициент расширения может быть линейный или объемный. Если тело твердое, требуется узнать изменение его длины или конкретной области, поэтому применяется коэффициент линейного расширения. Для жидкостей и газов используется только температурное расширение, коэффициент линейного теплового расширения для них не подходит, потому что приобретают форму емкости, в которой находятся.
Коэффициент объемного теплового расширения показывает, какое относительное изменение объема тела при постоянном давлении и изменении его температуры на 1 градус. Выражается формулой:
Коэффициент линейного теплового расширения показывает относительное изменение длины тела, когда происходит его нагревание.
Коэффициент линейного теплового расширения может иметь разные значения, если направления измерений будут разными.
Теоретически рассчитать коэффициент линейного объема можно, зная коэффициент объемного расширения (α V ≈ 3 α L).
При нагревании некоторых материалов происходит их сжатие, а не расширение. У них коэффициент расширения (линейный) будет иметь отрицательное значение, к примеру, вода (коэффициент расширения с отрицательным значением при температуре 0-3,984 °С).
Особенности измерения
Тепловое расширение тел, независимо от их фазового состояния, измеряется дилатометром. Принцип действия практически всех приборов основан на измерении сдвигов (малых и сверхмалых), которые возникают вследствие изменения размеров тела относительно шкалы дилатометра. Прибор позволяет определить коэффициент теплового расширения даже в тех случаях, когда смещения микроскопические.
Сегодня существуют такие типы приборов:
Чаще всего используются тепловые дилатометры, которые позволяют определять объемное и линейное расширение, происходящее под воздействием температуры.
Коэффициент линейного расширения
Коэффициент теплового расширения — величина, характеризующая относительную величину изменения объёма или линейных размеров тела с увеличением температуры на 1° К, при постоянном давлении. В соответствии с этим различают:
Содержание
Коэффициент объёмного теплового расширения
Коэффициент линейного теплового расширения
Коэффициент линейного теплового расширения показывает относительное изменение длины тела при нагревании на температуру ΔT:
— относительное изменение линейного размера тела при нагревании его на dT градусов при постоянном давлении,
В общем случае, коэффициент линейного теплового расширения может быть различен при измерении вдоль разных направлений: αx, αy, αz. Для изотропных тел αx = αy = αz и αV = 3αL;.
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Коэффициент линейного расширения» в других словарях:
коэффициент линейного расширения — Отношение изменения длины образца в заданном интервале температуры к этому интервалу температуры по отношению к начальной длине образца. [РД 01.120.00 КТН 228 06] Тематики магистральный нефтепроводный транспорт … Справочник технического переводчика
коэффициент линейного расширения — ilgėjimo koeficientas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Apibrėžtį žr. priede. priedas( ai) Grafinis formatas atitikmenys: angl. coefficient of linear expansion; linear expansion coefficient vok. linear… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
коэффициент линейного расширения — ilgėjimo koeficientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. coefficient of linear expansion; linear expansion coefficient; linear expansivity vok. linearer Ausdehnungskoeffizient, m; Längenausdehnungskoeffizient, m rus. коэффициент… … Fizikos terminų žodynas
коэффициент линейного расширения — ilgėjimo koeficientas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kietųjų kūnų ilgio padidėjimas temperatūrai pakilus 1 kelvinu. atitikmenys: angl. coefficient of linear expansion; linear expansion coefficient vok. linear Ausdehnungskoeffizient, m… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) — 3.1 температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) aт, К 1: Относительное изменение длины образца при изменении его температуры на один градус. Источник: ГОСТ Р 54253 2010: Материалы углеродные. Метод определения температурного… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
температурный коэффициент линейного расширения — Смотри температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) … Энциклопедический словарь по металлургии
Температурный коэффициент линейного расширения материала, 1/°С — aф Источник: РД 26 15 88: Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Температурный коэффициент линейного расширения, 1/°C — a Источник: РД 24.200.17 90: Сосуды и аппараты из титана. Нормы и методы расчета на прочность … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) — [linear expansivity] отношение изменения одного из линейных размеров тела при нагревании на один градус к его начальному размеру. Различают средний ТКЛР для интервала температур ΔT αср= (ΔL/(L0/ΔT)), К 1, который обычно используется в технике, и… … Энциклопедический словарь по металлургии
Коэффициент расширения
Оглавление
Коэффициент линейного расширения
Длину стержня, зависящую от температуры, можно рассчитать, решив это дифференциальное уравнение :
Л. ( Т ) знак равно Л. ( Т 0 ) ⋅ exp ( ∫ Т 0 Т α ( Т ) d Т ) <\ Displaystyle L (T) = L (T_ <0>) \ cdot \ exp \ left (\ int _
Для большинства приложений достаточно использовать следующее приближение, в котором экспоненциальная функция была аппроксимирована первыми двумя членами своего ряда Тейлора :
В случае анизотропных твердых тел коэффициент линейного расширения также зависит от направления. Это особенно важно при использовании табличных значений из литературы.
Примеры
Последний пример описывает, например, B. восемь боковых привинчиваемых солнечных модулей с алюминиевыми рамами и их приблизительная максимальная разница температур между летом (залитый солнцем алюминий) и зимой (температура воздуха ночью). Это видно из того факта, что тепловое расширение необходимо учитывать при конструкции элементов крепления и каркаса, например Б. гибкими или подвижными застежками.
Коэффициент расширения помещения
V ( Т ) знак равно V ( Т 0 ) ⋅ exp ( ∫ Т 0 Т γ ( Т ) d Т ) <\ Displaystyle V (T) = V (T_ <0>) \ cdot \ exp \ left (\ int _
Что касается коэффициента линейного расширения, то здесь линеаризацию можно использовать как приближение для небольших изменений температуры:
Если коэффициент расширения известен как функция температуры, плотность получается из:
Коэффициент теплового расширения может быть определен эмпирически путем измерений и действителен только для вещества и для диапазона температур, в котором или в котором проводились измерения.
Связь между коэффициентами линейного и пространственного расширения
Для изотропных твердых тел трехкратный коэффициент линейного расширения можно использовать для расчета объемного расширения:
Однако это относится только к небольшим перепадам температур. См. Следующие подразделы.
Вывод температурной (разностной) зависимости
Уравнение температурной (разностной) зависимости связи между двумя средними коэффициентами расширения, т. Е. Линейным и кубическим, испытания на расширение может быть получено из расширения куба:
Объем куба после расширения определяется выражением: V 2 <\ displaystyle V_ <2>>
После умножения кубического бинома получается:
Теперь, в уравнении определения коэффициента кубического расширения, разностный объем заменяется Δ V <\ displaystyle \ Delta
γ ¯ знак равно Δ V V 0 ⋅ Δ Т знак равно ( Δ л ) 3 + 3 ⋅ л 0 2 ⋅ Δ л + 3 ⋅ л 0 ⋅ ( Δ л ) 2 V 0 ⋅ Δ Т <\ displaystyle <\ bar <\ gamma>> = <\ frac <\ Delta .
γ ¯ знак равно ( Δ Т ⋅ л 0 ⋅ α ¯ ) 3 + 3 ⋅ л 0 2 ⋅ ( Δ Т ⋅ л 0 ⋅ α ¯ ) + 3 ⋅ л 0 ⋅ ( Δ Т ⋅ л 0 ⋅ α ¯ ) 2 л 0 3 ⋅ Δ Т <\ displaystyle <\ bar <\ gamma>> = <\ frac <(\ Delta.
Укорочение под и над линией дроби, а также сокращение в конечном итоге приводит к следующему уравнению, которое описывает зависимость двух коэффициентов расширения при попытке расширения с реальными (конечными) недифференциальными перепадами температур : л 0 3 <\ displaystyle Δ Т <\ displaystyle \ Delta
Δ Т <\ displaystyle \ Delta
γ ¯ знак равно ( Δ Т ) 2 ⋅ ( α ¯ ) 3 + 3 ⋅ Δ Т ⋅ ( α ¯ ) 2 + 3 ⋅ α ¯ <\ displaystyle <\ bar <\ gamma>> = (\ Delta.
Частный случай разницы температур при попытке расширения
При вводе в определение коэффициента расширения помещения получается:
Из-за предполагаемой изотропии каждый из трех членов в правой части равен коэффициенту линейного расширения, поэтому применяется следующее:
Для изотропных твердых тел трехкратный коэффициент линейного расширения можно использовать для расчета объемного расширения, когда разница температур невелика.
Определение по реальной разнице температуры, объема или плотности
На практике определить коэффициент расширения при небольших перепадах температур непросто. Используются большие различия. В противном случае вы быстро достигнете пределов технологии измерения / точности измерений.
Эти две основные уравнения расширения следует из определения уравнений для линейных расширения коэффициентов и объем коэффициентов разложения:
Следовательно, следующее применимо ко всем твердым телам и жидкостям, для которых нет аномалий плотности :
Как видите, средний коэффициент линейного расширения и средний коэффициент объемного расширения для конечных разностей температур можно (точно) преобразовать друг в друга, только если разность температур известна:
Если разница температур в эксперименте составляет ровно 1 К, указанные выше три уравнения значительно упрощаются.
Альтернативные уравнения определения реальных температурных перепадов
Каждый коэффициент плотности косвенно пропорционален объемному коэффициенту.
Числовые значения коэффициентов разложения
Твердые тела
Инвар сплав был специально разработан для достижения низкого коэффициента расширения. Из-за небольших отклонений в составе коэффициент расширения для этого вещества колеблется относительно сильно.
Чистые металлы (элементы)
описание | α в 10 −6 K −1 |
---|---|
алюминий | 0 23,1 |
Свинец | 0 28,9 |
утюг | 0 11,8 |
никель | 0 13.0 |
золото | 0 14,2 |
иридий | 0 0 7-е |
медь | 0 16,5 |
литий | 0 58 |
магний | 0 24,8 |
натрий | 0 0 7.1 |
платина | 0 0 8,8 |
серебро | 0 18,9 |
Тантал | 0 0 6,6 |
титан | 0 0 8,6 |
цинк | 0 30,2 |
банка | 0 22,0 |
В «Таблицах химии» (коллектив авторов Kaltofen, GDR, толстая версия), см. Рекомендованную литературу, указаны коэффициенты расширения для многих других металлов.
Неметаллы и полуметаллы (элементы)
описание | α в 10 −6 K −1 |
---|---|
алмаз | 0 0 0 1.18 |
Германий | 0 0 0 5,8 |
графит | 0 0 0 От 1,9 до 2,9 |
белый фосфор | 0 125 |
ромбическая сера | 0 0 74 |
кремний | 0 0 0 2,6 |
Металлические сплавы
Строительные материалы
описание | α в 10 −6 K −1 |
---|---|
конкретный | 0 12-е |
Дерево (дуб) | 0 0 8-е |
Клинкер (обожженный кирпич) | 0 0 От 2,8 до 4,8 |
Кирпич | 0 0 5 |
Пластмассы
описание | α в 10 −6 K −1 |
---|---|
Мягкая резина | 0 0 17–28 |
Твердой резины | 0 0 80 |
Полиамид (PA) | 0 0 От 60 до 150 |
Поликарбонат (ПК) | 0 0 От 60 до 70 |
Полиэтилен (HD-PE) | 0 От 150 до 200 |
Полипропилен (PP) | 0 От 100 до 200 |
Полиоксиметилен (ПОМ) | 0 0 От 70 до 130 |
Политетрафторэтилен (PTFE) | 0 От 100 до 160 |
Поливинилхлорид (жесткий ПВХ) | 0 0 От 70 до 100 |
Полиметилметакрилат (ПММА, оргстекло ) | 0 0 От 75 до 80 |
Стекло и керамика
О других веществах, из которых изготавливаются керамические изделия (заготовки), см. «Соединения и химические вещества».
Химические соединения
Температурная зависимость для твердых тел
При строительстве химических заводов часто используются средние коэффициенты расширения для рассматриваемого диапазона температур, в котором завод должен работать. Однако численные значения коэффициентов расширения при повышенных температурах трудно найти в научно-популярной литературе. Однако Дитцель приводит средние коэффициенты расширения для некоторых материалов контейнеров для двух диапазонов температур (от 0 до 100 ° C и от 0 до 200 ° C), цитата (таблица):
описание | α в 10 −6 K −1 | |
---|---|---|
От 0 до 100 ° C | От 0 до 200 ° C | |
Алюминий (чистый) | 0 23,9 | 0 24,6 |
серый чугун | 0 10,4 | 0 11.1 |
техническое стекло | 0 0 6.0 | 0 0 6.5 |
Латунь | 0 18,3 | 0 19,3 |
Сталь (до 0,5% С) | 0 11.0 | 0 12.0 |
жидкости
Для жидкостей можно указать коэффициент расширения помещения. Они расширяются изотропно, т.е. одинаково во всех направлениях. Их форма определяется сосудом, в котором они находятся, поэтому определять для них коэффициент линейного расширения не рекомендуется, хотя формально его можно рассчитать.
Жидкости обычно имеют значительно более высокий коэффициент расширения, чем твердые тела. Вот почему они часто даются в тысячных долях на Кельвин вместо миллионных долей на Кельвин для твердых веществ. Соответствующие единицы выбраны в таблицах этого раздела.
Неорганические жидкости, элементы и жидкие металлы / металлические сплавы
описание | γ в 10 −3 K −1 |
---|---|
бром | 0 1.11 или 1.13 |
Галинстан (жидкость для эвтектических термометров) | 0 0,126 |
NaK (эвтектический сплав) | 0 0,16 |
Меркурий | 0 0,1811 |
Азотная кислота (100%) | 0 1,24 |
соляная кислота | 0 0,30 |
Сероуглерод | 0 1.18 |
Серная кислота (около 99%) | 0 0,57 |
Вода при 0 ° C | -0,068 |
Температура воды около 20 ° C | 0 0,2064 |
Вода при 100 ° C | 0 0,782 |
Органические жидкости
описание | γ в 10 −3 K −1 | химическая группа |
---|---|---|
Бензин (при 0 ° C) | 0 1.0 | Парафины |
н-гептан | 0 1.09 | Парафины |
Топочный мазут / дизельное топливо | 0 0,96 | Парафины |
н-гексан | 0 1,35 | Парафины |
Минеральное масло, гидравлическое масло | 0 0,7 | Парафины |
Парафиновое масло | 0 0,764 | Парафины |
н-пентан | 0 1.6 | Парафины |
нефть | 0 0,9 к 1 | Парафины |
Смазочное масло | 0 От 0,6 до 0,7 | Парафины |
γ Настоящий газ ( Т Раздел. ) ∼ 1 Т Раздел. <\ displaystyle \ gamma _ <\ text
а к идеальному газу применимо следующее:
γ Идеальный газ ( Т Раздел. ) знак равно 1 Т Раздел. <\ displaystyle \ gamma _ <\ text <идеальный газ>> ^ <(T _ <\ text
Таким образом, коэффициент расширения идеального газа при 0 ° C (эталонная температура) равен:
Для идеального газа (при низком давлении) согласно уравнению идеального газа для изобарного (теплового) расширения:
Температуры должны использоваться как абсолютные температуры в [Кельвинах]. Для температур, которые различаются на фиксированную разницу температур, например на 1 К, объемное отношение стремится к значению 1. При более высоких температурах коэффициент расширения, следовательно, стремится к нулю. Так что для идеальных газов он уменьшается с повышением температуры.
Сравнение изобарных (дифференциальных) коэффициентов расширения воды и водяного пара
Температура в ° C | Давление пара в МПа | γ вода ( Т ) <\ displaystyle \ gamma _ <\ text <Вода>> ^ <(T)>> | γ Готовить на пару ( Т ) <\ displaystyle \ gamma _ <\ text <Водяной пар>> ^ <(T)>> (Насыщенный пар) в K −1 | Подсказки |
---|---|---|---|---|
0 0 0,01 | 0 0,0006112 | -0,0000855 | 0,003669 | Аномалия плотности до 4 ° C |
0 10 | 0 0,0012271 | 0 0,0000821 | 0,003544 | |
0 20-е | 0 0,0023368 | 0 0,0002066 | 0,003431 | |
0 30-е | 0 0,0042417 | 0 0,0003056 | 0,003327 | |
0 40 | 0 0,0073749 | 0 0,0003890 | 0,003233 | |
0 50 | 0 0,012335 | 0 0,0004624 | 0,003150 | |
0 60 | 0 0,019919 | 0 0,0005288 | 0,003076 | |
0 70 | 0 0,031161 | 0 0,0005900 | 0,003012 | |
0 80 | 0 0,047359 | 0 0,0006473 | 0,002958 | |
0 90 | 0 0,070108 | 0 0,0007019 | 0,002915 | |
100 | 0 0,101325 | 0 0,0007547 | 0,002882 | |
150 | 0 0,47597 | 0 0,001024 | 0,002897 | |
200 | 0 1,5551 | 0 0,001372 | 0,003291 | |
250 | 0 3,9776 | 0 0,001955 | 0,004321 | |
300 | 0 8,5917 | 0 0,003293 | 0,007117 | |
350 | 16 537 | 0 0,01039 | 0,02175 | |
360 | 18,674 | 0 0,01928 | 0,03899 | |
370 | 21,053 | 0 0,09818 | 0,1709 | |
374,15 ( критическая температура ) | 22,12 (критическое давление) | > 0,1709 (оригинальные литературные названия «∞», * ) | критическая точка |
Незадолго до достижения критической точки коэффициенты расширения воды и водяного пара резко возрастают. В критической точке жидкость и пар становятся одним / идентичными. Следовательно, есть только один коэффициент расширения. Однако по сравнению с 370 ° C его значение должно быть выше, поскольку объем снова непропорционально увеличился.
Коэффициенты расширения водных растворов в зависимости от концентрации
При постоянной температуре водные растворы показывают коэффициент расширения, который обычно увеличивается с концентрацией растворенного вещества.
Расчет среднего коэффициента расширения помещения на основе значений плотности или удельных объемов
Таким образом, средний коэффициент расширения помещения между выбранными температурами:
В качестве альтернативы также могут использоваться значения удельных массовых объемов или молярных объемов:
Числовые значения жидкостей при атмосферном давлении
При температуре около 4 ° C максимальная плотность воды составляет 0,999975 г / см³ ( аномалия плотности ), а коэффициент объемного расширения здесь равен нулю.
Например, при повышении температуры от 0 до 20 ° C расчетные значения показывают увеличение объема на + 0,164% для воды и + 0,365% для ртути. С 20 до 100 ° C объем увеличивается на + 4,16% для воды и + 1,46% для ртути.
Как видите, коэффициент объемного расширения жидкостей почти всегда увеличивается только с повышением температуры, если только вещество не имеет аномалию плотности в узком температурном диапазоне, как в случае с водой между 0 и 4 ° C.
Числовые значения кипящих жидкостей при соответствующем давлении пара (не изобарические)
Числовые значения кипящих жидких газов при соответствующем давлении пара (не изобарическом)
Числовые значения жидкого металла
Числовые значения газов (изобарические)
Примечание. Степень 100% насыщения влажного воздуха остается постоянной при нагревании, например, если воздух находится в газовой бюретке над затворной жидкой водой при повышении температуры.
Числовые значения перегретого водяного пара (изобарические)
Резюме
В сверхкритическом состоянии нет ни жидкости, ни пара. Следовательно, коэффициенты расширения жидкости и пара должны приблизиться друг к другу до достижения критической точки, чтобы в конце концов стать идентичными в критической точке.
Внезапные изменения плотности / коэффициента расширения твердых тел и жидкостей указывают на изменение молекулярной или кристаллической структуры при соответствующих условиях давления и температуры.
Влияние коэффициента расширения на степень заполнения емкости при изменении температуры
φ знак равно V Ф. V Б. <\ displaystyle \ varphi = <\ frac .
- антхилл в мобайл легенд что
- Разбираемся с понятием развал схождения в автомобильном мире