Тепловое расширение

Материал ОГЭ/ЕГЭ

База знаний для подготовки к ЕГЭ и ОГЭ, проверенная Российской Академией наук

Подробнее

Материал ОГЭ/ЕГЭ

База знаний для подготовки к ЕГЭ и ОГЭ, проверенная Российской Академией наук

Подробнее

Экспертиза РАН

Проводится экспертиза
Российской Академией Наук

Подробнее

Экспертиза РАН

Проводится экспертиз
Российской Академией Наук

Подробнее

Теплово́е расшире́ние (также используется термин «термическое расширение») — изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры. Количественно тепловое расширение жидкостей и газов при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом теплового расширения). Для характеристики теплового расширения твёрдых тел дополнительно вводят коэффициент линейного теплового расширения.

Раздел физики, изучающий данное свойство, называется дилатометрией (см. дилатометр).

Тепловое расширение тел учитывается при конструировании всех установок, приборов и машин, работающих в переменных температурных условиях.

Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером $L$ в соответствующем измерении при увеличении его температуры на $\Delta T$ и отсутствии внешних механических сил расширяется на величину $\Delta L$, равную:

$\Delta L=\alpha L\Delta T$,

где $\alpha$ — так называемый коэффициент линейного теплового расширения. Аналогичные формулы имеются для расчёта изменения площади и объёма тела. В приведённом простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведённой формулой.

Если коэффициент линейного теплового расширения положителен, то речь идёт о расширении тела, если отрицателен — о сжатии. Расширение тела происходит при увеличении его температуры, сжатие — при её уменьшении.

Теория

Если в твёрдом теле основным механизмом расширения и других тепловых эффектов является увеличение амплитуды колебаний кристаллической решётки, то в случае жидкости — это уменьшение числа ближайших соседей Z, которое характеризует ближний порядок (кристалл обладает как дальним, так и ближним порядком, жидкость — только ближним, газ — никаким; следовательно, кристалл сохраняет и объём, и форму, жидкость — только объём, а газ не имеет ни фиксированного объёма, ни формы). Поэтому простая дырочная модель жидкости, исходящая из наличия в жидкости ближнего топологического порядка, характеризующегося числом ближайших соседей Z, хорошо описывает тепловое расширение и другие температурные эффекты вплоть до критической температуры, по крайней мере, в достаточно простых жидкостях.

Ссылки

• Тепловое расширение // Элементы.ру

Примечания