Hőtágulás

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.

Korrektúra.png
 Ezt a lapot át kellene olvasni, ellenőrizni a szavak helyesírását és a szöveg nyelvhelyességét.
Emblem-important.svg
 A cikk/szakasz nem tünteti fel a forrásokat, melyek segítségével készült.
Ez önmagában nem minősíti a tartalmát: az is lehet, hogy minden állítása igaz. Segíts megbízható forrásokat találni, hogy alátámaszthassuk, ami a lapon olvasható!
Information icon.svg
 Ezt a szócikket át kellene olvasni, ellenőrizni a szövegét, tartalmát (részletek a cikk vitalapján).

Hőtágulásnak nevezzük azt a fizikai jelenséget, amikor valamely anyag hő hatására méretét megváltoztatja. Melegítéskor az anyagok általában tágulnak, a tágulás relatív mértékét a hőtágulási együttható fejezi ki. A hőtágulás általában lineárisan függ a hőmérséklettől, ez alól kivétel, ha halmazállapot-változás történik, illetve néhány speciális, vagy bomlékony anyag zsugorodik (negatív hőtágulás). Léteznek kerámiák és fémötvözetek, amelyek nem változtatják egyáltalán a méretüket.

Tartalomjegyzék

[szerkesztés] Összefüggések

Az anyagtudomány három kategóriát határoz meg: A polimerek tízszer jobban tágulnak, mint a fémek, amik megelőzik a kerámiákat.




Hőtágulás – hőközlés hatására nő a halmaz részecskéinek a sebessége , megnő a rendelten mozgás mértéke – nagyobb térrészt tudnak kitölteni. Hő hatására az anyagi halmazok térfogata megnő. Hűtés hatására csökken a térfogat. Legnagyobb mértékben a gáz tágul a legjobban. Folyadékok : nem elhanyagolható a kölcsönhatás a részecskék csak korlátozott kisebb mértékben tudnak egymástól eltávolodni, ezért kevésbé tágul. Szilárd: helyhez vannak kötve , még kevésbé tudnak távolodni. Hőtágulási együttható: hőtágulásra jellemző állandó (ß) megmutatja, hogy egységnyi hőm.változás hatására egységnyi térfogatú halmaz térfogata mennyivel változik. ΔV= ßxVxΔT V→kezdeti térfogat , ΔT → hőm Szilárd anyagok esetében a térfogati tágulás mellett megkülönböztetünk lineáris tágulást. 3α=ß (huzalok,rudak,vezetékek) ΔL= αxLoxΔT α=lineáris együttható Lo=eredeti hossz ΔT=hőm.Gyakorlatban: foly,gáz,fém hőmérők is a hőtágulás elvén működnek. Gázhőmérőt- kis hőm. Folyadékhőm : átlag hőm Fémhőm : alacsony hőm.(északisark

[szerkesztés] Szilárd testek hőtágulása

A szilárd testek hőtágulási tényezője függ az anyagi minőségtől.

[szerkesztés] Lineáris(vonalas) hőtágulás

Ha egy α lineáris hőtágulási tényezővel rendelkező l0 hosszúságú test hőmérséklete T0, akkor ΔT = Tk − T0 hőmérséklet-változás hatására a hossza:

l_\mathrm k=l_0+\Delta l=l_0+l_0\alpha\Delta T=l_0(1+\alpha\Delta T)\,

lesz.
Lineáris hőtágulási tényező: \alpha = {\Delta l \over \Delta T l_0}, mértékegység: \frac{1}{\mathrm K}

[szerkesztés] Felületi hőtágulás

Ha egy α lineáris hőtágulási tényezővel rendelkező A0 felületű test hőmérséklete T0, akkor ΔT = Tk − T0 hőmérséklet-változás hatására a felülete:

A_\mathrm k = A_0 (1+\alpha\Delta T)^2 = A_0 (1+2\alpha\Delta T+\alpha^2\Delta T^2)\,

lesz. Az α értékéből adódóan az α2ΔT2 tag értéke elhanyagolhatóan kicsi, ezért:

A_\mathrm k\approx A_0 (1+2\alpha\Delta T)

[szerkesztés] Térfogati hőtágulás

Ha egy α lineáris hőtágulási tényezővel rendelkező anyagú V0 térfogatú test hőmérséklete T0, akkor ΔT = Tk − T0 hőmérséklet-változás hatására a térfogata:

V_\mathrm k=V_0 (1+\alpha\Delta T)^3=V_0 (1+3\alpha\Delta T+3\alpha^2\Delta T^2+\alpha^3\Delta T^3)\,

lesz. Az α értékéből adódóan a 3α2ΔT2, illetve az α3ΔT3 tag értéke elhanyagolhatóan kicsi, ezért:

V_\mathrm k\approx V_0(1+3\alpha\Delta T)

Szilárd anyag tágulása: hő hatására a kisgömb kitágul és nem megy át a karikán ha mind a kettőt melegítjük akkor a karika is tágul. Alu,réz: az alumínium hőtágulási együtthatója nagyobb, jobban tágul mint a réz (lineáris tágulás). Két különböző fém: hő hatására elgörbül. Bimetall szalagokat fellehet használni kapcsolók működtetésére is (tűzjelző)

[szerkesztés] Folyadékok hőtágulása

A folyadékoknak nincsen állandó alakjuk, így velük kapcsolatban csak térfogati hőtágulásról beszélhetünk. Néhány folyadéknak a hőtágulása nemcsak az anyagi minőségtől, hanem a hőmérséklettől is függ, azonban a legtöbb esetben ettől eltekinthetünk.
Térfogati hőtágulási együttható: \beta =\frac{\Delta V}{\Delta T V_0}, mértékegység: \frac{1}{\mathrm K}
Egy β hőtágulási tényezőjű, T0 kezdeti hőmérsékletű, V0 kezdeti térfogatú folyadék ΔT hőmérsékletváltozás hatására:

V_\mathrm k=V_0(1+\beta\Delta T)\,

térfogatú lesz.


Víz hőtani tulajdonságai : víz mint folyadék eltérő tulajdonsággal viselkedik . 4 °C ig úgy viselkedik mint a többi folyadék , viszont ha 4 °C ig hűtjük a vizet ,elkezd emelkedni a hőm. V→+4 °C Ró→ +4 °C Vjég nagyobb mint a V víz | Ró jég kisebb mint a Ró víz –ezért úszik a jég a vízen. Jelentőség : mélyebb tavak nem fagynak be fenékig → víz térfogata elekezd nőni , sűrűség csökken.

Gyakorlatban:

Lombik kanyar víz → melegítés hatására tágul a benne lévő gáz→ a folyadék lejjebb megy a hűtés hatására csökken a térfogata a gáznak → feljebb megy. Vnő → Ró (sűrűség) csökken = M/v

Folyadék → hő hatására a folyadék térfogata megnő → emelkedik a vízszint , Ró nagy V2 kisebbT2 kisebb | Ró kis sűrűség V nagyobb térfogat T1 (hőm) nagyobb.

[szerkesztés] Gázok hőtágulása

A gázokkal kapcsolatban nyomásváltozásról beszélünk, ha a hőközlés állandó térfogatú (izochór) folyamatban, zárt térben lévő gázzal történik (Gay-Lussac-törvény).

Ha viszont a hőközlés állandó nyomású rendszerrel történik akkor gázoknál is térfogati hőtágulásról beszélünk. Ilyen vizsgálatokat elsőként Jacques Charles és Joseph Louis Gay-Lussac végzett. Munkásságuk nyomán tudjuk, hogy a hőtágulás értéke tökéletes gázok esetében az anyagminőségtől függetlenül konstans.

Ha α-val jelöljük a gázok hőtágulási tényezőjét, akkor a V0 térfogatú gáz ΔT hőmérsékletváltozás hatására t hőmérsékleten:

V_\mathrm t=V_0(1+\alpha\Delta T)\,

térfogatú lesz.

α = 1/273,15 1/K.


Levegő áramlás edénybe → mozog T1nagyobb a T2 hőáramlás jön létre amit a sűrűségkülönbség tart fent. A hőm. Különb. Eredménye az áramlás .Pl.: Föld tengeri áramlásai Papír izé forog a tüz felett→ levegő áramlás eredménye. sűrűség csökken, T1 kisebb | sűrűség csökken T2 nagyobb

[szerkesztés] Gátolt hőtágulás

Ha a szilárd test vagy folyadék szabadon nem tágulhat hőfokváltozás hatására, akkor igen nagy feszültség illetve nyomás ébredhet benne. Az ilyen feszültség neve hőfeszültség.

ΔT hőmérséklet-különbség

\epsilon = \alpha \Delta T \,

fajlagos nyúlást hoz létre az anyagban. Ha ezt meggátoljuk, akkor a Hooke-törvény értelmében

\sigma = E \epsilon = E \alpha \Delta T \,

nyomófeszültség ébred, ahol E a rugalmassági modulus.

Ha például egy 20 °C hőmérsékletű, zömök acélrudat satuba fogunk, majd 120 °C-ra felmelegítünk és feltételezzük, hogy a satu nem melegszik fel, akkor a hőfeszültséget az alábbiak szerint számolhatjuk:

\sigma = 2,1 \cdot 10^5 \cdot 1,2 \cdot 10^{-5} \cdot (120 -20) = 252 (MPa)\,

A közönséges szerkezeti acél folyáshatára, vagyis az a feszültség, ami felett már maradó alakváltozást szenved, ~ 250 MPa, érzékelhető, hogy miért veszélyes az, ha nem hagyjuk szabadon tágulni a gépalkatrészeket és szerkezeti elemeket. Az üvegpohárba öntött forró víz eltörheti az edényt, a hidak maradóan deformálódnának, ha nem építenének be dilatációs szerkezetet.

[szerkesztés] Kapcsolódó szócikkek

A lap eredeti címe: „http://hu.wikipedia.org/wiki/H%C5%91t%C3%A1gul%C3%A1s”