Формулаи васеъшавии дарозӣ
Васеъшавии гармӣ як падидаи физикӣ аст, ки ҳангоми тағирёбии дарозии объект аз сабаби тағирёбии ҳарорат ба амал меояд. Фаҳмидани ин падида муҳим аст, зеро он дар ҳаёти ҳаррӯза ва саноат татбиқҳои зиёди амалӣ дорад. Дар ин мақола мафҳуми васеъшавии гармӣ, формулаи истифодашуда барои ҳисоб кардани он ва мисолҳои татбиқи воқеӣ баррасӣ карда мешавад.
Консепсияи асосии васеъшавии дарозӣ
Васеъшавии гармӣ аз он сабаб ба амал меояд, ки зарраҳои объект бо афзоиши ҳарорат тезтар ҳаракат мекунанд ва аз ҳам дуртар мешаванд. Бо афзоиши ҳарорати объект, энергияи кинетикии зарраҳо меафзояд, ки боиси тезтар ҳаракат кардан ва аз ҳам дуртар шудани онҳо мегардад. Дар натиҷа, объект васеъ мешавад ё дарозӣ меафзояд.
Баръакс, вақте ки ҳарорати ашё паст мешавад, зарраҳо сусттар ҳаракат мекунанд ва зичтар ҷамъ мешаванд, ки боиси хурд шудан ё кам шудани дарозии ашё мегардад. Ин падида қариб ба ҳама маводҳо, хоҳ металл, хоҳ чӯб ё пластикӣ, дахл дорад.
Формулаи васеъшавии дарозӣ
Формулаи асосӣ барои ҳисоб кардани васеъшавии хаттӣ чунин аст:
\[ \Делта L = L_0 \алфа \Делта Т \]
Ди мана:
– \( \Delta L \) тағйироти дарозӣ (метр) аст.
– \( L_0 \) дарозии ибтидоии объект (метр) аст.
– \( \alpha \) коэффитсиенти васеъшавии хаттии мавод (барои як дараҷаи Селсий) мебошад.
– \( \Delta T \) тағйирёбии ҳарорат (дараҷаи Селсий) аст.
Коэффитсиенти васеъшавии хаттӣ (\( \alpha \)) як доимӣ аст, ки аз намуди мавод вобаста аст. Арзиши он барои ҳар як мавод, масалан, оҳан, мис, алюминий ва ғайра, гуногун аст.
Намунаҳои коэффитсиентҳои васеъшавии хаттӣ барои якчанд мавод
Дар ин ҷо баъзе арзишҳои коэффитсиенти васеъшавии хаттӣ барои маводҳои гуногуни маъмулӣ оварда шудаанд:
– Оҳан: \( 12 \times 10^{-6} \) дар як °C
– Мис: \( 16.5 \times 10^{-6} \) барои як °C
– Алюминий: \( 23 \times 10^{-6} \) дар як °C
– Шиша: \( 8.5 \times 10^{-6} \) барои як °C
Ин арзишҳо нишон медиҳанд, ки бо ҳар як дараҷаи Селсий афзоиши ҳарорат, мавод барои як воҳиди дарозӣ чӣ қадар васеъ мешавад.
Намунаи ҳисобкунии васеъшавии дарозӣ
Фарз мекунем, ки мо милаи оҳанине дорем, ки дарозии ибтидоии он дар ҳарорати 20°C 2 метр аст. Мо мехоҳем бидонем, ки вақте ҳарорат то 40°C баланд мешавад, мила чӣ қадар дарозӣ хоҳад дошт. Мо формулаи васеъшавии хаттиро истифода мебарем:
1. Дарозии ибтидоӣ (\( L_0 \)) = 2 метр
2. Коэффитсиенти васеъшавии хаттии оҳан (\( \alpha \)) = \( 12 \times 10^{-6} \) барои як °C
3. Тағйирёбии ҳарорат (\( \Delta T \)) = 40°C – 20°C = 20°C
Бо истифода аз формула:
\[ \Делта L = L_0 \алфа \Делта Т \]
\[ \Delta L = 2 \times 12 \times 10^{-6} \times 20 \]
\[ \Делта L = 0.00048 \матн{ метр} \]
Пас, тағйирёбии дарозии оҳанин 0.00048 метр ё 0.48 миллиметр аст. Дарозии ниҳоии оҳанин дар ҳарорати 40°C чунин аст:
\[ L = L_0 + \Delta L \]
\[ L = 2 + 0.00048 \]
\[ L = 2.00048 \text{ метр} \]
Аризаи васеъкунии дарозӣ
Васеъкунии хаттӣ дар ҳаёти ҳаррӯза ва саноат татбиқҳои зиёде дорад. Инҳоянд чанд мисол:
1. Пулҳо ва роҳҳои оҳан: Пулҳо ва роҳҳои оҳан бо фосилаҳои васеъкунӣ сохта мешаванд, то васеъшавии хаттиро аз сабаби тағирёбии ҳарорат мутобиқ созанд. Бе фосилаҳои васеъкунӣ, пул ё релс метавонад печида ё вайрон шавад.
2. Кабелҳои барқӣ: Кабелҳои барқие, ки байни сутунҳо овезонанд, барои ба назар гирифтани васеъшавии дарозӣ тарҳрезӣ шудаанд, то ки онҳо дар ҳарорати баланд нашикананд ё дар ҳарорати паст аз ҳад зиёд шиддат нагиранд.
3. Термостати биметаллӣ: Термостати биметаллӣ ду намуди металлро бо коэффитсиентҳои гуногуни васеъшавии хаттӣ истифода мебарад. Вақте ки ҳарорат тағйир меёбад, фарқияти васеъшавии ду металл боиси хам шудани биметал мегардад, ки барои идоракунии системаҳои гармидиҳӣ ё хунуккунӣ истифода мешавад.
4. Насби шишаи тиреза: Шишаи тиреза бо назардошти васеъшавии дарозӣ насб карда мешавад, то аз кафидан ё шикастан аз сабаби тағирёбии ҳарорат пешгирӣ карда шавад.
Омилҳое, ки ба васеъшавии дарозӣ таъсир мерасонанд
Баъзе омилҳое, ки ба васеъшавии дарозии объект таъсир мерасонанд, инҳоянд:
1. Навъи мавод: Ҳар як мавод коэффитсиенти гуногуни васеъшавии хаттӣ дорад. Металлҳо одатан нисбат ба маводҳои ғайриметаллӣ, ба монанди шиша ё сафол, коэффитсиенти баландтар доранд.
2. Дарозии ибтидоӣ: Ҳар қадар объект дарозтар бошад, ҳамон қадар тағйироти дарозӣ бо ҳамон тағйироти ҳарорат ба амал меояд.
3. Тағйирёбии ҳарорат: Ҳар қадар тағйироти ҳарорат зиёдтар бошад, ҳамон қадар васеъшавии хаттӣ ба амал меояд.
4. Шароити муҳити зист: Омилҳо ба монанди фишор ва намӣ низ метавонанд ба васеъшавии хаттӣ таъсир расонанд, гарчанде ки таъсири онҳо одатан нисбат ба ҳарорат камтар аст.
Хулоса
Васеъшавии гармӣ як падидаи муҳим дар физика аст, ки дар натиҷаи тағирёбии ҳарорат ба вуҷуд меояд. Фаҳмидани формулаи васеъшавии гармӣ ва омилҳое, ки ба он таъсир мерасонанд, барои доираи васеи татбиқҳои амалӣ, аз сохтмони пулҳо ва роҳҳои оҳан то тарҳрезии асбобҳои рӯзгор ба монанди термостатҳо, муҳим аст. Бо ба назар гирифтани васеъшавии гармӣ, мо метавонем сохторҳо ва таҷҳизоти бехатартар, пойдортар ва самараноктарро тарҳрезӣ ва истеҳсол кунем.
Фаҳмидани мафҳумҳои асосӣ ва татбиқи васеъшавии гармӣ ба мо кӯмак мекунад, ки мушкилоти техникӣ дар соҳаҳои гуногунро паси сар кунем ва кафолат диҳем, ки мо метавонем ба тағирёбии ҳарорат дар ҳаёти ҳаррӯза ва саноат мутобиқ шавем.
