Երկարության ընդարձակման բանաձև

Երկարության ընդարձակման բանաձև

Ջերմային ընդարձակումը ֆիզիկական երևույթ է, որը տեղի է ունենում, երբ մարմինը փոխում է իր երկարությունը ջերմաստիճանի փոփոխության պատճառով: Այս երևույթի հասկացողությունը կարևոր է, քանի որ այն ունի բազմաթիվ գործնական կիրառություններ առօրյա կյանքում և արդյունաբերությունում: Այս հոդվածում կքննարկվեն ջերմային ընդարձակման հասկացությունը, դրա հաշվարկման համար օգտագործվող բանաձևը և իրական կյանքում կիրառությունների օրինակներ:

Երկարության ընդարձակման հիմնական հասկացությունը

Ջերմային ընդարձակումը տեղի է ունենում, քանի որ մարմնի մասնիկները ավելի արագ են շարժվում և ավելի են հեռանում միմյանցից՝ ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց։ Մարմնի ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց մասնիկների կինետիկ էներգիան մեծանում է, ինչի հետևանքով դրանք ավելի արագ են շարժվում և ավելի են հեռանում միմյանցից։ Արդյունքում, մարմինը ընդարձակվում է կամ մեծանում է իր երկարությամբ։

Եվ հակառակը, երբ առարկայի ջերմաստիճանը նվազում է, մասնիկները շարժվում են ավելի դանդաղ և ավելի սերտորեն են դասավորվում, ինչի հետևանքով առարկան կծկվում կամ փոքրանում է երկարությամբ։ Այս երևույթը վերաբերում է գրեթե բոլոր նյութերին՝ լինեն դրանք մետաղ, փայտ, թե պլաստիկ։

Երկարության ընդարձակման բանաձև

Գծային ընդլայնման հաշվարկման հիմնական բանաձևը հետևյալն է.

\[ \Դելտա L = L_0 \ալֆա \Դելտա T \]

Որտեղ՝
– \( \Delta L \)-ն երկարության փոփոխությունն է (մետրերով)։
– \(L_0 \)-ն օբյեկտի սկզբնական երկարությունն է (մետրերով):
– α-ն նյութի գծային ընդարձակման գործակիցն է (Ցելսիուսի մեկ աստիճանի համար)։
– \( \Delta T \)-ն ջերմաստիճանի փոփոխությունն է (աստիճան Ցելսիուսով)։

Գծային ընդարձակման գործակիցը (α) հաստատուն է, որը կախված է նյութի տեսակից։ Դրա արժեքը տարբեր է յուրաքանչյուր նյութի համար, օրինակ՝ երկաթի, պղնձի, ալյումինի և այլնի։

Գծային ընդարձակման գործակիցների օրինակներ մի քանի նյութերի համար

Ահա տարբեր տարածված նյութերի գծային ընդլայնման գործակցի որոշ արժեքներ.

– Երկաթ՝ \( 12 \x 10^{-6} \) °C-ի համար
– Պղինձ՝ \( 16.5 \times 10^{-6} \) մեկ °C-ի համար
– Ալյումին: \( 23 \times 10^{-6} \) մեկ °C-ի համար
– Ապակի՝ \( 8.5 \times 10^{-6} \) մեկ °C-ի համար

Այս արժեքները ցույց են տալիս, թե որքանով է նյութը ընդարձակվելու մեկ միավոր երկարության համար ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր մեկ աստիճան Ցելսիուսի բարձրացման դեպքում։

Երկարության ընդարձակման հաշվարկի օրինակ

Ենթադրենք, որ մենք ունենք երկաթե ձող, որի սկզբնական երկարությունը 20°C ջերմաստիճանում 2 մետր է: Մենք ուզում ենք իմանալ, թե որքան երկար կլինի ձողը, երբ ջերմաստիճանը բարձրանա մինչև 40°C: Մենք կօգտագործենք գծային ընդարձակման բանաձևը.

1. Սկզբնական երկարությունը (\( L_0 \)) = 2 մետր
2. Երկաթի գծային ընդարձակման գործակիցը (α) = 12 x 10^{-6}) °C-ի համար
3. Ջերմաստիճանի փոփոխություն (\( \Դելտա T \)) = 40°C – 20°C = 20°C

Օգտագործելով բանաձևը՝

\[ \Դելտա L = L_0 \ալֆա \Դելտա T \]
\[ \Դելտա L = 2 x 12 x 10^{-6} x 20 \]
\[ \Դելտա L = 0.00048 \text{մետր} \]

Այսպիսով, երկաթե ձողի երկարության փոփոխությունը կազմում է 0.00048 մետր կամ 0.48 միլիմետր: Երկաթե ձողի վերջնական երկարությունը 40°C ջերմաստիճանում կազմում է.

\[ L = L_0 + \Դելտա L \]
\[ Լ = 2 + 0.00048 \]
\[ L = 2.00048 \text{ մետր} \]

Երկարության ընդլայնման դիմում

Գծային ընդարձակումը բազմաթիվ կիրառություններ ունի առօրյա կյանքում և արդյունաբերության մեջ։ Ահա մի քանի օրինակներ՝

1. Կամուրջներ և երկաթուղային գծեր. Կամուրջներն ու երկաթուղային գծերը կառուցվում են ընդարձակման ճեղքերով՝ ջերմաստիճանի փոփոխության պատճառով գծային ընդարձակումը հաղթահարելու համար: Առանց ընդարձակման ճեղքերի կամուրջը կամ ռելսը կարող են ճկվել կամ փլուզվել:

2. Էլեկտրական մալուխներ. Սյուների միջև կախված էլեկտրական մալուխները նախագծված են երկարության ընդարձակումը հաշվի առնելու համար, որպեսզի դրանք չկոտրվեն բարձր ջերմաստիճաններում կամ չափազանց լարված չդառնան ցածր ջերմաստիճաններում:

3. Երկմետաղական ջերմակարգավորիչ. Երկմետաղական ջերմակարգավորիչը օգտագործում է երկու տեսակի մետաղ՝ գծային ընդարձակման տարբեր գործակիցներով: Երբ ջերմաստիճանը փոխվում է, երկու մետաղների ընդարձակման տարբերությունը առաջացնում է երկմետաղի ծռում, որն օգտագործվում է ջեռուցման կամ սառեցման համակարգերը կառավարելու համար:

4. Պատուհանի ապակու տեղադրում. Պատուհանի ապակին տեղադրվում է երկարության ընդարձակումը հաշվի առնելով՝ ջերմաստիճանի տատանումների պատճառով ճաքերը կամ կոտրվելը կանխելու համար։

Երկարության ընդլայնման վրա ազդող գործոններ

Օբյեկտի երկարության ընդարձակմանը ազդող որոշ գործոններ են՝

1. Նյութի տեսակը. Յուրաքանչյուր նյութ ունի գծային ընդարձակման տարբեր գործակից: Մետաղները սովորաբար ունեն ավելի բարձր գործակից, քան ոչ մետաղական նյութերը, ինչպիսիք են ապակին կամ կերամիկան:

2. Սկզբնական երկարություն. Որքան երկար է առարկան, այնքան մեծ է երկարության փոփոխությունը ջերմաստիճանի նույն փոփոխության դեպքում։

3. Ջերմաստիճանի փոփոխություն. Որքան մեծ է ջերմաստիճանի փոփոխությունը, այնքան մեծ է գծային ընդարձակումը։

4. Միջավայրի պայմաններ. Ճնշման և խոնավության նման գործոնները նույնպես կարող են ազդել գծային ընդարձակման վրա, չնայած դրանց ազդեցությունը սովորաբար ավելի փոքր է, քան ջերմաստիճանի ազդեցությունը։

Եզրակացություն

Ջերմային ընդարձակումը ֆիզիկայի կարևոր երևույթ է, որը տեղի է ունենում ջերմաստիճանի փոփոխության պատճառով: Ջերմային ընդարձակման բանաձևի և դրան ազդող գործոնների հասկացողությունը կարևոր է գործնական կիրառությունների լայն շրջանակի համար՝ կամուրջների և երկաթուղիների կառուցումից մինչև կենցաղային տեխնիկայի, ինչպիսիք են ջերմակարգավորիչները, նախագծումը: Հաշվի առնելով ջերմային ընդարձակումը, մենք կարող ենք նախագծել և արտադրել ավելի անվտանգ, ավելի դիմացկուն և ավելի արդյունավետ կառուցվածքներ և սարքավորումներ:

Ջերմային ընդարձակման հիմնական հասկացությունների և կիրառությունների ըմբռնումը մեզ օգնում է հաղթահարել տարբեր ոլորտներում առկա տեխնիկական մարտահրավերները և ապահովում է, որ մենք կարողանանք հարմարվել առօրյա կյանքում և արդյունաբերության մեջ ջերմաստիճանի փոփոխություններին։