-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 9. Òåïëîâîå ðàñøèðåíèå òâåðäûõ è æèäêèõ òåë § 9.3. Òåïëîâîå îáúåìíîå ðàñøèðåíèå
Èçìåðåíèÿ ïîêàçûâàþò, ÷òî â ïðåäåëàõ íå î÷åíü áîëüøîãî èíòåðâàëà òåìïåðàòóð ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå îáúåìà ïðîïîðöèîíàëüíî èçìåíåíèþ òåìïåðàòóðû:
Êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè α íàçûâàþò òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿ. Îí ïîêàçûâàåò, íà êàêóþ äîëþ ñâîåãî ïåðâîíà÷àëüíîãî çíà÷åíèÿ èçìåíÿåòñÿ îáúåì òåëà ïðè èçìåíåíèè òåìïåðàòóðû íà 1 Ê. Êîýôôèöèåíò îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿ, êàê è êîýôôèöèåíò ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ, çàâèñèò îò ïðèðîäû âåùåñòâà è òåìïåðàòóðû. Çàâèñèìîñòü α îò òåìïåðàòóðû íåçíà÷èòåëüíà è åþ ìîæíî ïðåíåáðå÷ü, åñëè èíòåðâàë èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû íåâåëèê. Äëÿ áîëüøèíñòâà òâåðäûõ òåë êîýôôèöèåíò α èìååò ïîðÿäîê 10-5—10-4Ê-1, ò. å. î÷åíü ìàë ïî ñðàâíåíèþ ñ êîýôôèöèåíòîì îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿ ãàçîâ. Èç ôîðìóëû (9.3.1) ëåãêî íàéòè âûðàæåíèå äëÿ îáúåìà òåëà ïðè ëþáîé òåìïåðàòóðå: V = V0(1 + αΔt). (9.3.2)  ýòîé ôîðìóëå çíà÷åíèå íà÷àëüíîãî îáúåìà V0 îáû÷íî áåðóò ïðè íà÷àëüíîé òåìïåðàòóðå t0 = 0 °Ñ. Îäíàêî è çäåñü, êàê â ñëó÷àå ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ, ìîæíî ïîëüçîâàòüñÿ ôîðìóëîé V2 = V1(1 + αΔt), (9.3.3) ãäå V1 — îáúåì òåëà ïðè òåìïåðàòóðå t1; V2 — îáúåì òåëà ïðè òåìïåðàòóðå t2; Δt = t2 - t1. Îáúåì ïîëîãî (ïóñòîãî) òâåðäîãî òåëà (ñîñóäà) ïðè íàãðåâàíèè óâåëè÷èâàåòñÿ òàê, êàê åñëè áû ýòî òåëî áûëî ñïëîøíûì. Îáúåì ïîëîñòè â òâåðäîì òåëå (ñîñóäå) ïðè åãî íàãðåâàíèè óâåëè÷èâàåòñÿ òàê, êàê óâåëè÷èâàëñÿ áû îáúåì òåëà, èçãîòîâëåííîãî èç òîãî æå âåùåñòâà è èìåþùåãî ôîðìó è ðàçìåð ïîëîñòè. Ñâÿçü ìåæäó êîýôôèöèåíòàìè ëèíåéíîãî è îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿÊîýôôèöèåíò ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ α1 è êîýôôèöèåíò îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿ α ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé. Ýòó ñâÿçü ìîæíî íàéòè, ðàññìàòðèâàÿ òåïëîâîå ðàñøèðåíèå òåëà ïðîñòîé ôîðìû, íàïðèìåð êóáèêà ñ ðåáðîì l0. Ïðè íàãðåâàíèè êóáèêà íà Δt êàæäàÿ åãî ñòîðîíà óâåëè÷èòñÿ íà Δl è ñòàíåò ðàâíîé l = l0(1 + α1Δt). (9.3.4) Îáúåì òåëà ïðè ýòîì áóäåò ðàâåí V = V0(l + αΔt). Íî
Ïîäñòàâëÿÿ Z èç óðàâíåíèÿ (9.3.4) â óðàâíåíèå (9.3.5), ïîëó÷èì
Òàê êàê âåëè÷èíà α1 î÷åíü ìàëà, òî ïðè ìàëûõ èçìåíåíèÿõ òåìïåðàòóðû ÷ëåíàìè α ≈ Çα1. (9.3.6) Èòàê, òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò îáúåìíîãî ðàñøèðåíèÿ ðàâåí óòðîåííîìó êîýôôèöèåíòó ëèíåéíîãî ðàñøèðåíèÿ.
|
|
|