Als je een elektrische kabel van dichtbij bekijkt, zie je dat hij door speling naar beneden buigt. Waarom worden elektrische kabels opzettelijk losser gemaakt in plaats van gewoon strakker gespannen? De meeste daken op Flores en Lembata, in Oost-Nusa Tenggara, zijn van zink (Zn). Zinken daken maken overdag of 's nachts lawaai. Waarom maakt zink lawaai? Als je op het eiland Java woont, heb je waarschijnlijk wel eens spoorrails gezien. Er zitten openingen tussen de rails. Wat is de functie van deze openingen? Er zijn nog veel meer dingen waar je over na kunt denken en vragen over kunt stellen die met dit onderwerp te maken hebben. uitbreiding.
Lengte-uitbreiding
De meeste vaste stoffen ondergaan lineaire uitzetting bij temperatuurveranderingen. Dit verwijst naar een toename of afname van de lengte. Doorgaans neemt de lengte van een object toe naarmate de temperatuur stijgt, terwijl de lengte afneemt naarmate de temperatuur daalt. Je zou kunnen denken dat lineaire uitzetting alleen voorkomt bij objecten zoals dunne draden. Neem bijvoorbeeld een auto die langs de weg geparkeerd staat en in de zon staat. Wanneer de auto oververhit raakt, kan de metalen plaat dikker worden of de lengte van de zijkanten toenemen. Een zinken dak kan ook lineaire uitzetting ondergaan. In dit geval zetten de randen van het zink uit wanneer het oververhit raakt en kan het zink ook dikker worden. Hetzelfde gebeurt met spoorrails en ijzeren of stalen bruggen.
De meeste vaste stoffen zetten uit of krimpen bij temperatuurveranderingen. Daarom is het belangrijk te begrijpen hoe temperatuurveranderingen de uitzetting van vaste stoffen beïnvloeden. Dit is zeer nuttig bij het ontwerpen van apparatuur, gebouwen, voertuigen, enzovoort. Neem bijvoorbeeld de openingen tussen de rails. Rails zijn gemaakt van staal. Ingenieurs hebben de breedte van de openingen tussen de rails berekend. Op een warme dag zetten de rails enkele centimeters uit. Wanneer een trein eroverheen rijdt, stijgt de temperatuur van de rails, waardoor ze met hoeveel centimeter uitzetten. Op een koude nacht krimpen de rails met hoeveel centimeter. Op basis van deze analyse schatten ingenieurs de afstand tussen de rails, zodat de rails elkaar niet raken en niet verbuigen wanneer de temperatuur stijgt.
Om ons te helpen de formule af te leiden die het verband tussen temperatuurverandering en lineaire uitzetting beschrijft, beschouwen we een vast object dat uitzet, zoals weergegeven in de afbeelding rechts. Bijschrift: To = begintemperatuur, T = eindtemperatuur, Lo = initiële lengte, L = lengte na uitzetting, delta L = verandering in lengte, delta T = verandering in temperatuur.
Wanneer de temperatuur van het object gelijk is aan To (het object is nog koud), de lengte van het object = LoWanneer de temperatuur van het object = T (de temperatuur van het object stijgt), neemt de lengte van het object = L. Op basis van de resultaten van observaties en experimenten is de verandering in de lengte van het object evenredig met de verandering in temperatuur. Als de temperatuur stijgt, neemt de lengte van het object toe. Omgekeerd, wanneer de temperatuur daalt, neemt de lengte van het object af. De verandering in de lengte van het object is ook evenredig met de oorspronkelijke lengte van het object (L).oAls de temperatuurverandering even groot is, zal een object van bijvoorbeeld 10 meter lang twee keer zoveel in lengte toenemen als een object van slechts 5 meter lang. Dus hoe langer het object, hoe groter de uitzetting ervan.
De verandering in de lengte van een object (delta L) is evenredig met de verandering in temperatuur (delta T):
De lengteverandering van het object (delta L) is evenredig met de oorspronkelijke lengte van het object (L).o):
De lengteverandering van elk object is verschillend. Ook al is het groot. temperatuurveranderingen Op dezelfde manier is de uitzetting die ijzer ondergaat niet hetzelfde als die van glas. Hetzelfde geldt voor andere objecten. De lineaire uitzetting hangt daarom af van de uitzettingscoëfficiënt van elk object. De uitzettingscoëfficiënt voor elk object wordt bepaald door middel van experimenten. Hoe groter de uitzettingscoëfficiënt, hoe groter de toename in lengte. Hoe kleiner de uitzettingscoëfficiënt, hoe kleiner de toename in lengte. Men kan stellen dat de verandering in de lengte van een object evenredig is met de uitzettingscoëfficiënt.
De drie bovenstaande vergelijkingen worden in een vergelijking weergegeven:
De totale lengte van een object na uitzetting of inkrimping kan worden verkregen door de oorspronkelijke lengte van het object (L) bij elkaar op te tellen.o) en veranderingen in objectlengte (delta L).
Wanneer de temperatuur verandert (TT)o) is negatief, dan is de verandering in lengte (LL)o) is ook negatief. In dit geval neemt de lengte van het object af. Omgekeerd, als de temperatuurverandering (TT) optreedt, is deze ook negatief.o) is positief, dan is de verandering in lengte (LL) positief.o) is ook positief. In dit geval neemt de lengte van het object toe.
Hieronder staat de waarde van de lineaire uitzettingscoëfficiënt van vaste objecten bij een temperatuur van 20 °C. oC. Vloeistoffen en gassen veranderen van vorm, waardoor ze geen lineaire uitzetting ondergaan. De coëfficiënt van lineaire uitzetting van vaste stoffen is ook afhankelijk van de temperatuur. Bij verschillende temperaturen varieert de coëfficiënt van lineaire uitzetting van vaste stoffen eveneens. Als het temperatuurverschil niet te groot is, zal het verschil in de coëfficiënt van lineaire uitzetting ook niet te groot zijn, en kan het dus worden verwaarloosd.
Volumevergroting
Lengtevergroting treedt alleen op bij vaste objecten, volumevergroting treedt op bij alle objecten, of ze nu vast, vloeibaar of gasvormig zijn. De formule voor volumevergroting is vergelijkbaar met de formule voor lengtevergroting.
De bovenstaande formule voor volumetoename is alleen geldig wanneer de volumeverandering van een object (vast, vloeibaar of gasvormig) kleiner is dan het oorspronkelijke volume van het object. Als de volumeverandering groter is dan het oorspronkelijke volume, geeft de formule voor volumetoename geen nauwkeurige resultaten. De volumeverandering van vaste stoffen is doorgaans niet erg groot. Daarentegen is de volumecoëfficiënt van vloeistoffen en gassen vrij groot. De volumecoëfficiënt van gassen verandert bovendien gemakkelijk met temperatuurschommelingen. Daarom wordt de bovenstaande formule alleen gebruikt voor de uitzetting van vaste stoffen. De formule voor het bepalen van de volumeverandering van gassen wordt behandeld in het onderwerp kinetische gastheorie in de elfde klas.
