थर्मल फैलाव: गुणांक, प्रकार और व्यायाम - शारीरिक - 2025

थर्मल विस्तार वृद्धि हुई है या विभिन्न मीट्रिक आयाम (जैसे लंबाई या मात्रा के रूप में) की भिन्नता है कि एक भौतिक वस्तु या शरीर आए हों। यह प्रक्रिया सामग्री के आसपास के तापमान में वृद्धि के कारण होती है। रैखिक फैलाव के मामले में, ये परिवर्तन केवल एक आयाम में होते हैं।

इस विस्तार के गुणांक को प्रक्रिया से पहले और बाद में परिमाण के मूल्य की तुलना करके मापा जा सकता है। कुछ सामग्री थर्मल विस्तार के विपरीत पीड़ित हैं; यही है, यह "नकारात्मक" हो जाता है। इस अवधारणा का प्रस्ताव है कि कुछ तापमान के संपर्क में आने पर कुछ सामग्री सिकुड़ जाती है।

पानी में थर्मल विस्तार

ठोस पदार्थों के लिए, उनके विस्तार का वर्णन करने के लिए एक रैखिक विस्तार गुणांक का उपयोग किया जाता है। दूसरी ओर, तरल पदार्थों के लिए गणना करने के लिए विस्तार का एक बड़ा गुणांक उपयोग किया जाता है।

क्रिस्टलीकृत ठोस पदार्थों के मामले में, यदि यह आइसोमेट्रिक है, तो क्रिस्टल के सभी आयामों में विस्तार सामान्य होगा। यदि यह आइसोमेट्रिक नहीं है, तो पूरे ग्लास में विस्तार के अलग-अलग गुणांक पाए जा सकते हैं, और तापमान में परिवर्तन होने पर इसका आकार बदल जाएगा।

थर्मिक फैलाव गुणांक

थर्मल विस्तार (वाई) के गुणांक को परिवर्तन के त्रिज्या के रूप में परिभाषित किया गया है जिसके माध्यम से एक सामग्री अपने तापमान में परिवर्तन के कारण पारित हुई। इस गुणांक का प्रतिनिधित्व ठोस के लिए α और तरल पदार्थ के लिए for द्वारा किया जाता है, और अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली इकाइयों द्वारा निर्देशित किया जाता है।

थर्मल विस्तार के गुणांक ठोस, तरल या गैस की बात होने पर भिन्न होते हैं। हर एक की अलग-अलग ख़ासियत होती है।

उदाहरण के लिए, एक ठोस का फैलाव लंबाई के साथ देखा जा सकता है। तरल पदार्थों के संदर्भ में वॉल्यूमेट्रिक गुणांक सबसे बुनियादी में से एक है, और सभी दिशाओं में परिवर्तन उल्लेखनीय हैं; गैस के विस्तार की गणना करते समय इस गुणांक का भी उपयोग किया जाता है।

नकारात्मक थर्मल विस्तार

कुछ सामग्रियों में नकारात्मक थर्मल विस्तार होता है, जो उच्च तापमान के साथ आकार में वृद्धि के बजाय, कम तापमान के कारण अनुबंध करते हैं।

इस तरह के थर्मल विस्तार को आमतौर पर खुले सिस्टम में देखा जाता है जहां बर्फ के मामले में दिशात्मक बातचीत -as देखी जाती है- या जटिल यौगिकों में -as कुछ जिओलाइट्स, Cu2O, अन्य के साथ होता है।

इसी तरह, कुछ शोध से पता चला है कि कॉम्पैक्ट रूप में एकल-घटक अक्षांशों में और एक केंद्रीय बल बातचीत के साथ नकारात्मक थर्मल विस्तार भी होता है।

नकारात्मक थर्मल विस्तार का एक स्पष्ट उदाहरण देखा जा सकता है जब हम एक गिलास पानी में बर्फ जोड़ते हैं। इस मामले में, बर्फ पर तरल का उच्च तापमान आकार में कोई वृद्धि नहीं करता है, बल्कि बर्फ का आकार कम हो जाता है।

प्रकार

भौतिक वस्तु के विस्तार की गणना करते समय, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि, तापमान में परिवर्तन के आधार पर, कहा गया है कि वस्तु आकार में वृद्धि या अनुबंध कर सकती है।

कुछ वस्तुओं को अपने आकार को बदलने के लिए तापमान में भारी बदलाव की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए यह संभावना है कि गणना द्वारा लौटाया गया मूल्य औसत है।

किसी भी प्रक्रिया की तरह, थर्मल विस्तार को कई प्रकारों में विभाजित किया जाता है जो प्रत्येक घटना को अलग से समझाते हैं। ठोस के मामले में, थर्मल विस्तार के प्रकार रैखिक विस्तार, वॉल्यूमेट्रिक विस्तार और सतह विस्तार हैं।

रैखिक फैलाव

एक एकल भिन्नता रैखिक फैलाव में प्रबल होती है। इस स्थिति में, परिवर्तन से गुजरने वाली एकमात्र इकाई वस्तु की ऊंचाई या चौड़ाई है।

तापमान परिवर्तन के बाद परिमाण के मूल्य के साथ तापमान परिवर्तन से पहले परिमाण के मूल्य की तुलना करके इस प्रकार के फैलाव की गणना करने का एक आसान तरीका है।

वॉल्यूमेट्रिक फैलाव

वॉल्यूमेट्रिक विस्तार के मामले में, इसकी गणना करने का तरीका तापमान में परिवर्तन के बाद द्रव की मात्रा के साथ तापमान में परिवर्तन से पहले द्रव की मात्रा की तुलना करके है। इसकी गणना करने का सूत्र है:

सतह या क्षेत्र का फैलाव

सतह के फैलाव के मामले में, किसी पिंड या वस्तु के क्षेत्र में वृद्धि 1 ° C पर इसके तापमान में परिवर्तन के कारण देखी जाती है।

यह विस्तार ठोस के लिए काम करता है। यदि हमारे पास रैखिक गुणांक भी है, तो हम देख सकते हैं कि वस्तु का आकार 2 गुना बड़ा होगा। इसकी गणना करने का सूत्र है:

एक _च = ए _०

इस अभिव्यक्ति में:

। = क्षेत्र विस्तार का गुणांक

एक ₀ = प्रारंभिक क्षेत्र

एक _एफ = अंतिम क्षेत्र

टी ₀ = प्रारंभिक तापमान।

टी _एफ = अंतिम तापमान

क्षेत्र के फैलाव और रैखिक फैलाव के बीच का अंतर यह है कि पहले एक में आप वस्तु के क्षेत्र में वृद्धि को देखते हैं, और दूसरे में परिवर्तन एकल इकाई माप का होता है (जैसे कि लंबाई या भौतिक वस्तु की चौड़ाई)।

उदाहरण

पहला व्यायाम (रैखिक फैलाव)

स्टील से बनी ट्रेन का ट्रैक बनाने वाली रेल की लंबाई 1500 मीटर है। जब तापमान 24 से 45 ° C हो जाता है तो देशांतर क्या होगा?

उपाय

डेटा:

एलईएल (प्रारंभिक लंबाई) = 1500 मीटर

एल _एफ (अंतिम लंबाई) =?

टीईएल (प्रारंभिक तापमान) = 24 डिग्री सेल्सियस

टी _एफ (अंतिम तापमान) = 45 डिग्री सेल्सियस

α (स्टील के अनुरूप रैखिक विस्तार का गुणांक) = 11 x 10 ^-6 ° C ^-1

डेटा निम्नलिखित सूत्र में प्रतिस्थापित किया गया है:

हालांकि, समीकरण में इस डेटा को शामिल करने के लिए, आपको पहले तापमान अंतर का मूल्य पता होना चाहिए। इस अंतर को प्राप्त करने के लिए, उच्चतम तापमान को न्यूनतम से घटाया जाना चाहिए।

Δt = 45 ° C - 24 ° C = 21 ° C

यह जानकारी ज्ञात हो जाने के बाद, पिछले सूत्र का उपयोग करना संभव है:

Lf = 1500 मीटर (1 + 21 ° C। 11 x 10 ^-6 ° C ^-1)

Lf = 1500 मीटर (1 + 2.31 x 10 ^-4)

Lf = 1500 मीटर (1,000231)

एलएफ = 1500.3465 मीटर

दूसरा व्यायाम (सतही फैलाव)

एक हाई स्कूल में एक ग्लास स्टोर का क्षेत्रफल 1.4 m ^ 2 है, यदि तापमान 21 ° C है। तापमान 35 ° C तक बढ़ने पर इसका अंतिम क्षेत्र क्या होगा?

उपाय

अफ = ए ०

Af = १.४ मीटर ^२ २०४.४ x १० ^-६]

अफ = १.४ मीटर ^२ । 1,0002044

Af = 1.40028616 m ²

क्यों होता है तनुकरण?

हर कोई जानता है कि सभी सामग्री विभिन्न उप-परमाणु कणों से बनी है। तापमान में परिवर्तन करके, या तो इसे ऊपर उठाना या इसे कम करना, ये परमाणु आंदोलन की एक प्रक्रिया शुरू करते हैं जो वस्तु के आकार को संशोधित कर सकते हैं।

जब तापमान उठाया जाता है, तो गतिज ऊर्जा में वृद्धि के कारण अणु तेजी से चलना शुरू करते हैं, और इस प्रकार वस्तु का आकार या आयतन बढ़ जाएगा।

नकारात्मक तापमान के मामले में, विपरीत होता है, इस मामले में वस्तु का आयतन कम तापमान के कारण सिकुड़ जाता है।

संदर्भ

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