面積擴展問題範例

3. 面積擴張相關問題範例

1. 一塊鋼板在20 ℃時長50cm,寬30cm。如果鋼的線膨脹係數為10⁻⁵ ℃ ⁻¹ ,那麼當溫度升至60℃時,鋼板的面積和總面積分別增加了…

彭巴哈桑

已知:

初始溫度(T1 )= 20 ℃

最終溫度(T2 )= 60 ℃

溫度變化 (ΔT ) = 60 ℃ – 20 ℃ = 40 ℃

初始面積(A1 ) = 長 × 寬 = 50 公分 × 30 公分 = 1500 平方厘米

鋼的線膨脹係數(α )= 10 -5 o C -1

鋼的膨脹係數 (β ) = 2a = 2 x 10 -5 o C -1

問題:面積增加(ΔA )

回答 :

面積增加量(ΔA ):

ΔA = β A 1Δ T

ΔA = ( 2 x 10 -5 o C -1 )(1500 cm 2 )(40 o C)

ΔA = (80 x 10 -5 )(1500 cm 2 )

ΔA = 1 20.000 x 10 -5 cm 2

ΔA = 1.2 × 10⁵ × 10⁻⁵ cm²

ΔA = 1.2 cm 2

總面積(A2 ):

A 2 = A 1 + Δ A

A 2 = 1500 cm 2 + 1.2 cm 2

A 2 = 1501 , 2 cm 2

2. 一條線膨脹係數為 24 x 10 -6 / o C 的鋁板,在 30 o C 時面積為 40 cm 2。若鋁板的面積增加到 40,2 cm 2 ,求最終溫度。

彭巴哈桑

已知:

初始溫度(T1 )= 30 ℃

鋁的線膨脹係數 (α ) = 24 x 10 -6 o C -1

鋁的面積膨脹係數 (β ) = 2α = 2 × 24 × 10⁻⁶ ℃ ⁻¹ = 48 × 10⁻⁶ ℃ ⁻¹

初始面積(A1 ) = 40 cm2

最終面積 (A2 ) = 40,2 cm2

面積變化量 (ΔA ) = 40,2 cm² – 40 cm² = 0,2 cm²

問題:確定最終溫度(T2)

回答 :

面積變化量(ΔA )的計算公式:

ΔA = β A 1 Δ T

最終溫度(T2 ):

ΔA = β A 1 (T 2 – T 1 )

0,2厘米2 = (48 x 10-6 oC-1(40公分)2)(T2 - 30oC)

0,2 = (1920 x 10 -6 ) (T 2 – 30 )

0,2 = (1,920 x 10 -3 ) (T 2 – 30)

0,2 = (2 x 10 -3 ) (T 2 – 30)

0,2 / (2 x 10 -3 ) = T 2 – 30

0,1 x 10³ = T² - 30

1 x 10² = T² – 30

100 = T 2 – 30

100 + 30 = T 2

T2 = 130

最終溫度 =攝氏130度

3. 一個圓形物體在20℃時半徑為20公分。如果溫度升至100℃時半徑增加至20,5厘米,那麼該物體的線膨脹係數為…

彭巴哈桑

已知:

初始溫度(T1 )= 30 ℃

最終溫度(T2 )= 100 ℃

溫度變化 (ΔT ) = 100 ℃ – 30 ℃ = 70 ℃

初始半徑 (r1 ) = 20 厘米

最終半徑 (r₂ ) = 20,5 厘米

問題:物體的面積膨脹係數(b )

回答 :

圓的初始面積 (A₁ ) = πr₁² = (3,14)(20 cm) ² = ( 3,14)(400 cm² ) = 1256 cm²

圓的最終面積 (A₂ ) = πr² = ( 3,14 )(20,5 cm) ² = (3,14)(420,25 cm² ) = 1319,585 cm²

圓的面積增加量 (ΔA ) = 1319,585 cm² – 1256 cm² = 63,585 cm²

面積變化量(ΔA )的計算公式:

ΔA = β A 1 ΔT

面積膨脹係數:

ΔA = β A 1 ΔT

63,585 cm 2 = β (1 256 cm 2 )(70 o C)

63,585 = β ( 87920 o C)

β = 63,585 / 87920攝氏度

β = 0,00072 /攝氏度

β = 7,2 × 10⁻⁴ / ° C

β = 7,2 x 10 -4 o C -1

線性膨脹係數(α ):

β = 2 α

α = β / 2

α = (7,2 x 10 -4 ) / 2

α = 3,6 x 10 -4 o C -1

 

請留言