Câu hỏi của GTV Bé Cam

Question

Nêu những hiểu biết của em vè sự nở và dãn ra của nhiệt

narutu · Accepted Answer

Chất rắn :
chất rắn nở ra khi nóng lên,co lại khi lạnh đi

Các chắn rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau

sự nở vì nhiệt của chất rắn khi bị ngăn cản có thể gây ra những lực rất lớn

Chất lỏng:

chất lỏng nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi

các chất lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau

sự nở vì nhiệt của chất lỏng khi bị ngăn cản có thể gây ra những lực khá lớn

Chất khí:

chất khí nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi

các chất khí khác nhau nở vì nhiệt khác nhau

sự nở vì nhiệt của chất khí khi bị ngăn cản có thể gây ra những lực khá lớn

VD:khi để 1 quả bóng căng ra ngoài nắng 1 lúc thì quả bóng sẽ nổ lên vì lượng khí trong quả bóng nóng lên, nở ra và tạo ra 1 lực làm nổ quả bóng( hihi, làm sai, nên làm lại) nhé cam =))))

Câu trả lời:

Chất rắn :
chất rắn nở ra khi nóng lên,co lại khi lạnh đi

Các chắn rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau

sự nở vì nhiệt của chất rắn khi bị ngăn cản có thể gây ra những lực rất lớn

Chất lỏng:

chất lỏng nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi

các chất lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau

sự nở vì nhiệt của chất lỏng khi bị ngăn cản có thể gây ra những lực khá lớn

Chất khí:

chất khí nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi

các chất khí khác nhau nở vì nhiệt khác nhau

sự nở vì nhiệt của chất khí khi bị ngăn cản có thể gây ra những lực khá lớn

VD:khi để 1 quả bóng căng ra ngoài nắng 1 lúc thì quả bóng sẽ nổ lên vì lượng khí trong quả bóng nóng lên, nở ra và tạo ra 1 lực làm nổ quả bóng( hihi, làm sai, nên làm lại) nhé cam =))))

narutu · Answer

Các loại vật liệu thường thay đổi kích thước của nó khi chịu tác động của nhiệt độ trong khi áp suất được giữ không đổi. Trong trường hợp đặc biệt của các vật liệu rắn, áp suất không ảnh hưởng đáng kể đến kích thước của vật thể, và vì thế đối với chất rắn không cần thiết phải xác định rằng áp suất được giữ không đổi.

Các chất rắn kỹ thuật phổ biến thường có hệ số giãn nở nhiệt mà hệ số này không thay đổi đáng kể trong khoảng dao động nhiệt độ mà nó được thiết kế sửa dụng, ở những nơi cần độ chính xác cực kỳ cao không bắt buộc, các tính toán thực nghiệm có thể dựa trên các hằng số, giá trị trung bình, giá trị hệ số giãn nở.Giãn nở tuyến tính hay giãn nở dài có nghĩa là sự thay đổi theo một chiều (dài) khác với giãn nở thể tích. Đối với phép tính sắp xỉ đầu tiên, sự thay đổi chiều dài của một vật thể do giãn nở nhiệt liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ theo một hệ số giãn nở tuyến tính. Nó là sự thay đổi chiều dài tỉ lệ với mức độ thay đổi nhiệt độ. Giả sử ảnh hưởng của áp suất là không đáng kể, chúng ta có thể viết:

{\displaystyle \alpha _{L}={\frac {1}{L}}\,{\frac {dL}{dT}}} $\alpha _{L}={\frac {1}{L}}\,{\frac {dL}{dT}}$

với {\displaystyle L} $L$ là chiều dài của vật thể và {\displaystyle dL/dT} $dL/dT$ là tốc độ thay đổi chiều dài theo biến thiên theo nhiệt độ.

Để chuyển đổi không gian tuyến tính có thể được viết:

{\displaystyle {\frac {\Delta L}{L}}=\alpha _{L}\Delta T} ${\frac {\Delta L}{L}}=\alpha _{L}\Delta T$

Phương trình này có thể sử dụng khi hệ số giãn nở dài không thay đổi quá lớn so với sự thay đổi nhiệt độ {\displaystyle \Delta T} $\Delta T$ . Nếu nó thay đổi, phương trình phải được tích hợp.

Ảnh hưởng của ứng suất[sửa | sửa mã nguồn]

Đối với các vật liệu rắn có chiều dài đáng kể, như các thanh hay cáp, việc ước tính sự giãn nở nhiệt có thể được miêu tả bởi ứng suất của vật liện theo {\displaystyle \epsilon _{\mathrm {thermal} }} $\epsilon _{\mathrm {thermal} }$ và được xác định như sau:

{\displaystyle \epsilon _{\mathrm {thermal} }={\frac {(L_{\mathrm {final} }-L_{\mathrm {initial} })}{L_{\mathrm {initial} }}}} $\epsilon _{\mathrm {thermal} }={\frac {(L_{\mathrm {final} }-L_{\mathrm {initial} })}{L_{\mathrm {initial} }}}$

với {\displaystyle L_{\mathrm {initial} }} $L_{\mathrm {initial} }$ là chiều dài trước khi chịu tác động của nhiệt độ và {\displaystyle L_{\mathrm {final} }} $L_{\mathrm {final} }$ là chiều dài sau khi chịu tác động của nhiệt độ.

Đối với hầu hết chất rắn, sự giãn nở nhiệt tỉ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ:

{\displaystyle \epsilon _{\mathrm {thermal} }\propto \Delta T} $\epsilon _{\mathrm {thermal} }\propto \Delta T$

Vì vậy, sự thay đổi về ứng suất hoặc nhiệt độ có thể được ước lượng theo:

{\displaystyle \epsilon _{\mathrm {thermal} }=\alpha _{L}\Delta T} $\epsilon _{\mathrm {thermal} }=\alpha _{L}\Delta T$

với

{\displaystyle \Delta T=(T_{\mathrm {final} }-T_{\mathrm {initial} })} $\Delta T=(T_{\mathrm {final} }-T_{\mathrm {initial} })$

là sự khác biệt nhiệt độ giữa hai mức ứng suất được ghi nhận, có thể tính theo độ C hoặc Kelvin, và {\displaystyle \alpha _{L}} $\alpha _{L}$ là hệ số giãn nở dài trên 1 độ C hoặc 1K ký hiệu lần lượt là °C⁻¹ hay K⁻¹. Trong lĩnh vực cơ học môi trường liên tục, sự giãn nở nhiệt và những ảnh hưởng của nó được xem là eigenstrain và eigenstress.

Giãn nở diện tích[sửa | sửa mã nguồn]

Hệ số giãn nở diện tích liên quan đến sự thay đổi kích thước của vật liệu theo diện tích khi chịu tác động của nhiệt độ. Nó là sự thay đổi theo tỉ lệ diện tích theo mức độ thay đổi nhiệt độ. Bỏ qua áp suất, chúng ta có thể viết:

{\displaystyle \alpha _{A}={\frac {1}{A}}\,{\frac {dA}{dT}}} $\alpha _{A}={\frac {1}{A}}\,{\frac {dA}{dT}}$

với {\displaystyle A} $A$ là diện tích tiếp xúc nhiệt của vật thể, và {\displaystyle dA/dT} $dA/dT$ là tỉ lệ thay đổi diện tích trên một đơn vị nhiệt.

Sự thay đổi diện tích có thể được tính theo:

{\displaystyle {\frac {\Delta A}{A}}=\alpha _{A}\Delta T} ${\frac {\Delta A}{A}}=\alpha _{A}\Delta T$

Phương trình này có thể áp dụng cho đến khi hệ số giãn nở diện tích không thay đổi quá lớn so với sự thay đổi nhiệt độ {\displaystyle \delta T} $\delta T$ . Nếu nó thay đối lớn, phương trình phải được tính tích phân.

Giãn nở thể tích[sửa | sửa mã nguồn]

Đối với chất rắn, chúng ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của áp suất tác dụng lên vật liệu, và hệ số giãn nở thể tích có thể được viết như sau:^[2]

{\displaystyle \alpha _{V}={\frac {1}{V}}\,{\frac {dV}{dT}}} $\alpha _{V}={\frac {1}{V}}\,{\frac {dV}{dT}}$

với {\displaystyle V} $V$ là thể tích vật liệu, và {\displaystyle dV/dT} $dV/dT$ tốc độ thay đổi thể tích theo nhiệt độ.

Điều này có nghĩa rằng thể tích của vật liệu thay đổi theo một tỷ lệ nhất định. Ví dụ, một khối thép có thể tích 1 mét khối có thể giãn nở lên thành 1.002 mét khối khi nhiệt độ tăng lên 50 K, tức theo tỉ lệ giãn nở 0,2%. Nếu chúng ta có một khối thép có thể tích 2 mét khối, cũng với cùng nhiệt độ trên thì nó có thể giãn nở thành 2,004 mét khối, tức là tỉ lệ giãn nở là 0,2%. Hệ số giãn nổ thể tích có thála2 0,2% cho 50 K, hay 0,004% K⁻¹.

Nếu chúng ta biết hệ số giãn nở, thì chúng ta có thể tính được sự thay đổi thể tích

{\displaystyle {\frac {\Delta V}{V}}=\alpha _{V}\Delta T} ${\frac {\Delta V}{V}}=\alpha _{V}\Delta T$

với {\displaystyle \Delta V/V} $\Delta V/V$ là tỉ lệ thay đổi thề tích (ví dụ 0.002) và {\displaystyle \Delta T} $\Delta T$ là sự thay đổi nhiệt độ (50 °C).

Ví dụ nêu trên giả sử rằng hệ số giãn nở không đổi khi nhiệt độ thay đổi. Điều này không phải lúc nào cũng đúng, nhưng đúng với đối với những thay đổi nhiệt độ nhỏ, chúng ta có thể tính gần đúng. Nếu hệ số giãn nở thể tích không đổi đáng kể theo nhiệt độ, thì phương trình trên có thể được phân tích:

{\displaystyle {\frac {\Delta V}{V}}=\int _{T_{i}}^{T_{f}}\alpha _{V}(T)\,dT} ${\frac {\Delta V}{V}}=\int _{T_{i}}^{T_{f}}\alpha _{V}(T)\,dT$

với {\displaystyle \alpha _{V}(T)} $\alpha _{V}(T)$ là hệ số giã nở thể tích là một hàm của nhiệt độ T, và {\displaystyle T_{i}} $T_{i}$ ,{\displaystyle T_{f}} $T_{f}$ là nhiệt độ ban đầu và cuối.

Giãn nở đẳng áp của chất khí[sửa | sửa mã nguồn]

Đối với một khí lý tưởng, giãn nở nhiệt thể tích (như sự biến đổi tương đối về thể tích do nhiệt độ thay đổi)...