Γιατί τα υλικά επεκτείνονται και συστέλλονται όταν αλλάζει η θερμοκρασία;
1. Θερμότητα και μοριακή κίνηση:
* Όταν θερμαίνετε ένα υλικό, αυξάνετε ουσιαστικά την κινητική ενέργεια των ατόμων και των μορίων του. Αυτό τους προκαλεί να δονείται γρηγορότερα και να κινούνται πιο έντονα.
* Καθώς τα μόρια κινούνται περισσότερο, τείνουν να καταλαμβάνουν μεγαλύτερο όγκο, οδηγώντας σε επέκταση.
2. Θερμική επέκταση:
* Γραμμική επέκταση: Τα στερεά επεκτείνονται και στις τρεις διαστάσεις (μήκος, πλάτος και ύψος). Αυτό ονομάζεται γραμμική επέκταση. Η μεταβολή του μήκους (ΔL) είναι ανάλογη με το αρχικό μήκος (L), η μεταβολή της θερμοκρασίας (ΔT) και ο συντελεστής γραμμικής επέκτασης (α) για το υλικό:ΔL =αLΔt.
* επέκταση όγκου: Τα υγρά και τα αέρια επεκτείνονται και στις τρεις διαστάσεις, με αποτέλεσμα την επέκταση του όγκου. Η μεταβολή του όγκου (ΔV) είναι ανάλογη με τον αρχικό όγκο (V), τη μεταβολή της θερμοκρασίας (ΔT) και τον συντελεστή επέκτασης του όγκου (β) για το υλικό:ΔV =βΒΔ.
3. Διαμοριακές δυνάμεις:
* Η αντοχή των διαμοριακών δυνάμεων μεταξύ των μορίων παίζει επίσης ρόλο.
* ισχυρότερες δυνάμεις (όπως στα στερεά) έχει ως αποτέλεσμα λιγότερη επέκταση για μια δεδομένη αλλαγή θερμοκρασίας.
* ασθενέστερες δυνάμεις (όπως στα αέρια) έχει ως αποτέλεσμα πιο σημαντική επέκταση.
4. Εξαιρέσεις και σκέψεις:
* Το νερό είναι μια αξιοσημείωτη εξαίρεση: Το νερό επεκτείνεται όταν παγώνει, γι 'αυτό ο πάγος επιπλέει. Αυτό οφείλεται στους δεσμούς υδρογόνου που σχηματίζουν μια κρυσταλλική δομή που καταλαμβάνει περισσότερο χώρο από το υγρό νερό.
* Αλλαγές φάσης: Τα υλικά μπορούν επίσης να αλλάξουν φάσεις (στερεό, υγρό, αέριο) λόγω αλλαγών θερμοκρασίας. Αυτές οι αλλαγές φάσης περιλαμβάνουν σημαντικές αλλαγές όγκου.
Συνοπτικά, η επέκταση και η συστολή των υλικών με αλλαγές θερμοκρασίας είναι μια άμεση συνέπεια της αυξημένης ή μειωμένης κινητικής ενέργειας των ατόμων και των μορίων εντός του υλικού, οδηγώντας σε αλλαγές στη μέση απόσταση μεταξύ τους.
