ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДИХ ТІЛ.. Теорія з Фізика. Робота № 201372

ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДИХ ТІЛ.

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2015

Тип роботи:

Теорія

Предмет:

Фізика

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Розділ 5. ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДИХ ТІЛ Тверді тіла при нагріванні розширюються. Це може призвести до виникнення значних механічних напруг, а тому в техніці доводиться запобігати наслідкам теплового розширення твердих тіл або враховувати їх. Розширення твердого тіла при нагріванні пов’язане з характером теплового руху іонів і атомів, розміщених у вузлах кристалічної ґратки. Вказані частинки при Т0оК коливаються навколо своїх положень рівноваги. Якщо припустити, що на певну частинку діє сила тільки з боку найближчих сусідніх частинок, а ті у свою чергу вважати умовно нерухомими, то ця сила лінійно залежить від величини зміщення x вибраної частинки з її положення рівноваги. EMBED Equation.3 , (5.1) де k – коефіцієнт пропорційності, величина якого залежить від природи твердого тіла. Таку силу називають квазіпружною, а частинку, що коливається під її дією, – гармонічним осцилятором. Потенціальна енерґія гармонічного осцилятора EMBED Equation.3 . (5.2) Рис.5.1 EMBED PBrush Розглянемо поведінку двох частинок твердого тіла A і B при T=0оK (Вони ж A і B при T>0оK). При T=0оК ці частинки нерухомі, відстань між ними дорівнює EMBED Equation.3 , а потенціальна енерґія кожної з них EMBED Equation.3 . При T>0оK частинки починають коливатися навколо положень рівноваги; їх потенціальна енерґія EMBED Equation.3 (рис.5.1). Для простоти вважатимемо, що коливання здійснює тільки частинка B; тоді відстань EMBED Equation.3 між частинками, зміщення частинки B від положення рівноваги EMBED Equation.3 і EMBED Equation.3 звязані рівнянням: EMBED Equation.3 і EMBED Equation.3 . (5.3) З огляду на симетрію кривої U(r) відносно прямої OO, яка проходить через положення рівноваги частинки B при різних значеннях T, відхилення зазначеної частинки праворуч і ліворуч збігаються за величиною: EMBED Equation.3 . Отже, нагрівання в такому випадку не могло б викликати розширення тіла, тому що підвищення температури призводило б тільки до збільшення амплітуди коливань частинок, а середня відстань між ними залишалася б незмінною. Насправді в реальних твердих тілах кожна частинка зазнає впливу як з боку сусідніх частинок, так і більш віддалених. Тому залежність результуючої сили EMBED Equation.3 , що діє на частинку, від зміщення частинки визначається співвідношенням: EMBED Equation.3 , де k i EMBED Equation.3 визначається природою твердого тіла. Рис.5.2 EMBED PBrush Ця сила вже не є квазіпружною, а коливання частинки під її впливом не є гармонічним. Таким чином, у реальних твердих тілах частинки виступають як ангармонічні осцилятори. Залежність U(r) для ангармонічного осцилятора зображена на рис. 5.2. Несиметричний характер кривої ілюструє те, що при довільній T>0оK відхилення від положення рівноваги частинки B/ у різних напрямах вздовж r виявляються неоднаковими. Тому середнє положення такої частинки вже не буде збігатися з положенням рівноваги для гармонічного осцилятора. З підвищенням температури величина цього зміщення збільшується середні положення частинки B/ для вищих температур будуть розташовані на прямій ON, а це означає збільшення середньої віддалі між частинками. Отже, тверді тіла при нагріванні розширюються. Ступінь розширення твердого тіла визначається коефіцієнтом лінійного теплового розширення. Коефіцієнт лінійного теплового розширення α чисельно дорівнює відносній зміні лінійних розмірів тіла EMBED Equation.3 , зумовленій зміною його температури на 1 К. EMBED Equation.3 . (5.4) Оскільки EMBED Equation.3 , формула (5.4) дозволяє визначити тільки середнє значення  для даного інтервалу EMBED Equation.3 . Коефіцієнт лінійного розширення при даній Т, визначений для безмежно малого інтервалу температури EMBED Equation.3 , називають істинним: EMBED Equation.3 . (5.5)

Теорія Фізика

2015

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

поділитись