Transcript 1. GIBANJE
1. MAKROSKOPSKO PONAŠANJE IDEALNOG PLINA Toplinsko rastezanje tvari Linearno rastezanje krutih tijela Zagrijavanjem metalnog štapa početne duljine L njegova duljina se mijenja. Štap se produžio za promjenu duljine ∆L. Linearno rastezanje krutih tijela Promjena duljine proporcionalna je promjeni temperature: L Lt Koeficijent linearnog rastezanja α – omjer relativnog linearnog širenja L i razlike temperatura ∆t. L Linearno rastezanje krutih tijela Ukupna duljina štapa na temperaturi t (zakon toplinskog rastezanja): L(t ) L0 (1 t ) L0 duljina tijela na temperaturi 0 Produljenje zbog zagrijavanja za temperaturu t je: L L0t °C Primjena linearnog rastezanja Bimetal ◦ dvije spojene metalne pločice različitih koeficijenata linearnog rastezanja. ◦ kada ih se počne zagrijavati metali se različito rastežu pa se ranije ravan spoj počinje svijati prema metalu manjeg α ◦ primjena: Toplinski prekidači – glačalo, pokazivači smjera u automobilima, bojleri Primjena linearnog rastezanja Linearno rastezanje električnih vodova Linearno rastezanje kod gradnje pruga Primjer 1: Štap od platine dugačak je pri 20 °C 998 mm. Pri kojoj će temperaturi štap biti dugačak 1 m? Rješenje: to = 0 oC t20 = 20 oC L20 = 0,998 m Lt = 1 m α p= 0,910-5 K-1 t= ? L(20) L0 (1 t 20 ) 0,998 1 0,9 105 20 L0 0,9978m L0 L(t ) L0 (1 t ) L0t L(t ) L0 t 244,98 C Primjer 2: Na 0o C žica od čelika dugačka je 220 m, a žica od srebra 219,5 m. Pri kojoj će temperaturi obje žice biti jednako dugačke, ako je koeficijent linearnog termičkog rastezanja čelika 1,0610-5K-1, a srebra 1,9710-5K-1? Rješenje: to = 0 o C Loč = 220 m Los = 219,5 m č = 1,0610-5 K-1 s = 1,0610-5 K-1 t= ? Lč =Ls Loč (1 + č t) = Los(1 + st) Loč Los 220 m 219,5m t Los s Loč č 219,5m 1,97105 ( o C 1 ) 220 m 1,06105 ( o C 1 ) t = 251 oC DZ Primjer 3: Zagrijavamo li metalni štap od 20 °C do temperature 100 °C, njegova se duljina poveća za 8,479·10-4 m. Za koliko se duljina štapa smanji ako ga hladimo od 25 °C do temperature smrzavanja vode? Rješenje: t1 = 20 °C ∆t1 = 80 °C t2 = 100 °C ∆L1 = 8,479·10-4 m t3 = 25 °C ∆t2 = 25 °C t4 = 0 °C ∆L2=? L1 Lt1 L2 Lt 2 L L1 1,06 105 t1 L2 1,06 105 t 2 L2 2,6510 4 m Površinsko i volumno rastezanje Površinsko širenje Npr. širenje pravokutne ploče: ◦ površina ploče na 0ºC je S0=L0H0 ◦ dolazi do širenja dimenzije L i dimenzije H ◦ površina na temperaturi t nakon zagrijavanja je: S (t ) S0 (1 t ) ◦ koeficijent površinskog rastezanja β = 2α ◦ koeficijent površinskog rastezanja – omjer relativnog površinskog širenja S i razlike S temperatura ∆t Površinsko i volumno rastezanje Volumno širenje Npr. širenje prizme: ◦ volumen prizme na 0ºC je V0=L0H0D0 ◦ dolazi do širenja dimenzije L, dimenzije H i D ◦ volumen na temperaturi t nakon zagrijavanja je: V (t ) V0 (1 t ) ◦ koeficijent volumnog rastezanja γ = 3α ◦ koeficijent volumnog rastezanja – omjer relativnog linearnog produljenja V i razlike V temperatura ∆t Promjena gustoće s temperaturom m m V V0 (1 t ) m 0 - početna vrijednost gustoće V0 0 - gustoća nakon promjene temperature 1 t za t Primjer 4: Bakrena kocka ima pri 0°C brid a = 5 cm. a) Pri kojoj će temperaturi njezin obujam biti 126,00 cm3 ? b) Koliki je njezin obujam pri 200°C? Rješenje: b) a 5cm V0 125cm 3 V (t ) 126cm3 a )t ? V (t ) V0 (1 t ) t V (t ) V0 V0 t 251 C t 200C V (t ) V0 (1 t ) V (t ) 125(1 51106 200) V (t ) 126,275cm3 Primjer 5: Gustoća zlata pri 20°C iznosi 19 300 kg/m3, a koeficijent linearnog rastezanja zlata je 14,3·10-6°C-1. Kolika je gustoća zlata pri 90°C Rješenje: ρzlato 20=19 300 kg/m3 α=14,3·10-6 °C-1 ρzlato 90=? 20 1 t 19300 1 14,3 106 (90 20) 1928,7kg / m3 Primjer 6: U staklenoj posudi obujma 2000 cm3 nalazi se 1894 cm3 alkohola na temperaturi 0 oC. Hoće li se pri temperaturi 50 oC alkohol prolijevati iz posude? Koeficijent termičkog linearnog rastezanja stakla je 0,9 10-5K-1, a koeficijent termičkog volumnog širenja alkohola je 1,135 10-3K-1. Rješenje: Vos = 2000 cm3 V0a = 1894 cm3 t = 50 oC αs = 0,910-5 K-1 γa = 1,13510-3 K-1 Vs = V0s (1 +3αst) = 2000 cm3 (1 +30,910-5 K-150 K) Vs = 2002,7 cm3 Va = V0a (1 +γst) = 1894 cm3 (1 + 1,13510-3 K-150 K) Va = 2001,5 cm3 Va Vs