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La dilatation thermique des solides et des liquides

On sait que sous l'action des particules de chaleur accélérer son mouvement aléatoire. Si vous chauffez le gaz, les molécules constituant, juste voler l'un de l'autre. Le liquide chauffé est première augmentation du volume, puis commencent à s'évaporer. Et qu'est-ce qui va se passer avec des solides? Pas chacun d'entre eux peuvent changer leur état d'agrégation.

dilatation thermique: Définition

La dilatation thermique – un changement dans la taille et la forme des changements de température du corps. Mathématiquement, on peut calculer le coefficient de dilatation de volume, ce qui permet de prévoir le comportement des gaz et des liquides dans l'évolution des conditions externes. Pour obtenir les mêmes résultats pour les solides, il est nécessaire de prendre en compte le coefficient de dilatation linéaire. Les physiciens ont identifié toute une section pour ce genre de recherche et appelé dilatométrie.

Les ingénieurs et les architectes ont besoin de connaissances sur le comportement des différents matériaux à des températures élevées et basses pour la conception des bâtiments, le pavage des routes et des canalisations.

expansion des gaz

La dilatation thermique est accompagné par l'expansion des gaz dans le volume de l'espace. Elle a noté les naturalistes philosophes dans les temps anciens, mais de construire des calculs mathématiques ne se produisent que dans la physique moderne.

tous les scientifiques intéressés d'abord dans l'expansion de l'air, car il leur semblait une tâche réalisable. Ils sont si jalousement pris le cas, qui a reçu des résultats tout à fait contradictoires. Bien entendu, un tel résultat ne satisfait pas à la communauté scientifique. La précision de la mesure dépend de ce qui a été utilisé le thermomètre, la pression, et bien d'autres conditions. Certains physiciens ont même venu à croire que l'expansion des gaz ne dépend pas des changements de température. Ou cette dépendance n'est pas complète …

Le travail de Dalton et Gay-Lussac

Les physiciens ont continué à se faire valoir ou rauques ont abandonné la mesure, sinon Dzhon Dalton. Lui et un autre physicien Gay-Lussac, en même temps, indépendamment les uns des autres ont pu obtenir les mêmes résultats de mesure.

Lussac essayait de trouver la cause d'un si grand nombre de résultats différents et a noté que certains instruments au moment de l'expérience était l'eau. Bien entendu, au cours du chauffage est transformée en vapeur d'eau et la quantité modifiée et la composition du gaz de test. Par conséquent, la première chose qui a fait le scientifique – est sécher complètement tous les outils qui ont été utilisés pour l'expérience, et exclue même un pourcentage minimal d'humidité du gaz d'essai. les premières expériences ont été plus importantes après toutes ces manipulations.

Dalton a abordé cette question plus que ses collègues et a publié les résultats du début du XIXe siècle. On sèche à l'air des vapeurs d'acide sulfurique, puis en le chauffant. Après une série d'expériences, John est venu à la conclusion que tous les gaz et la vapeur est développée par un facteur de 0,376. Nous avons obtenu le numéro lussac 0375. Cela a été le résultat de l'enquête officielle.

Pression de vapeur d'eau

La dilatation thermique des gaz dépend de leur élasticité, à savoir la capacité de retourner au volume d'origine. Le premier à explorer la question était Ziegler au milieu du XVIIIe siècle. Mais les résultats de ses expériences sont trop différentes. Des chiffres plus fiables sont Dzheyms UATT, qui est utilisé pour la chaudière à haute température Papin, et faible – baromètre.

A la fin du XVIIIe siècle physicien français Prony a tenté d'obtenir une formule unique qui décrirait l'élasticité du gaz, mais il est avéré encombrant étrange et difficile à utiliser. Dalton a décidé de vérifier tous les calculs de manière empirique, en utilisant un baromètre de siphon. Malgré le fait que la température dans toutes les expériences était le même, les résultats étaient très précis. Alors il les a publiées sous la forme d'une table dans un manuel de physique.

La théorie de l'évaporation

La dilatation thermique des gaz (tels que la théorie physique) a subi divers changements. Les scientifiques ont essayé d'obtenir des processus de base qui produisent de la vapeur. Là encore, nous avons marqué un célèbre physicien Dalton. On suppose que tout espace gazeux est saturé avec des vapeurs indépendamment du fait que présent dans le réservoir (intérieure) tout autre gaz ou vapeur. Par conséquent, nous pouvons conclure que le fluide ne s'évapore vient juste en contact avec l'air atmosphérique.

colonne de pression d'air sur la surface du liquide augmente l'espace entre les atomes, les déchirant et évaporation, à savoir qu'elle favorise la formation de vapeur. Mais la paire molécule continue à fonctionner la force de gravité, de sorte que les scientifiques pensaient que la pression atmosphérique ne modifie pas l'évaporation des liquides.

expansion des liquides

des liquides de dilatation thermique étudié en parallèle avec l'expansion des gaz. La recherche scientifique engagée dans les mêmes scientifiques. Pour ce faire, ils utilisent un aerometry thermomètre, des vases communicants et d'autres outils.

Toutes les expériences ensemble et réfutées individuellement la théorie de Dalton que le fluide uniforme augmente proportionnellement au carré de la température à laquelle ils sont chauffés. Bien sûr, plus la température, plus le volume de fluide, mais la relation directe était pas entre eux. Et le taux d'expansion pour tous les fluides était différent.

La dilatation thermique de l'eau, par exemple, commence à zéro degrés Celsius et se prolonge lorsque la température diminue. Auparavant, ces résultats expérimentaux associés au fait que l'eau elle-même ne se développe pas, et le récipient est effilée, dans lequel il est situé. Mais quelque temps plus tard, le physicien Deluca viennent encore à la conclusion que la raison doit être recherchée dans le liquide. Il a décidé de trouver la température de sa densité maximale. Cependant, il n'a pas réussi en raison de négliger certains détails. Rumfort, qui a étudié ce phénomène, a constaté que la densité maximale d'eau est observée dans la plage de 4 à 5 degrés Celsius.

La dilatation thermique du corps

Dans les solides, le mécanisme principal est de modifier l'amplitude de l'expansion du réseau cristallin. En termes simples, les atomes qui composent la matière et sont couplées de manière rigide entre eux, commencent à « secouer ».

Droit des organes de dilatation thermique formulée comme suit: tout corps ayant une dimension linéaire L dans le processus de chauffage sur dT (delta T – la différence entre la température initiale et finale) étendu par une quantité dL (delta L – est un dérivé du coefficient de dilatation thermique linéaire dans la longueur de l'objet et de la différence température). Ceci est la version la plus simple de la loi, qui, par défaut tient compte du fait que le corps est étendu dans toutes les directions à la fois. Mais pour les travaux pratiques en utilisant des calculs beaucoup plus lourdes, car en réalité, les matériaux ne se comportent pas comme la physique et les mathématiques de simulation.

La dilatation thermique du rail

Pour la pose de la voie ferrée a toujours attiré les ingénieurs physiciens, car ils peuvent calculer exactement la distance doit être bien entre les joints des rails au chauffage ou le chemin de refroidissement est ne se déforme pas.

Comme nous l'avons mentionné plus haut, l'expansion linéaire thermique applicable pour tous les solides. Et rails ne fait pas exception. Mais il y a un détail. Rampe se produit librement si le corps est pas affectée par la force de frottement. Les rails sont fixés sur les traverses et les rails sont soudés au voisinage, de sorte que la loi, qui décrit la variation de longueur, permet de surmonter les obstacles en forme de marche, et une résistance bout à bout.

Si le rail ne peut pas changer sa longueur, avec un changement de température augmente la contrainte thermique, qui peut être soit étirer ou comprimer. Ce phénomène est décrit par la loi de Hooke.