固体と液体の熱膨張

熱の影響を受けて粒子がカオス運動を加速することが知られている。 あなたがガスを加熱すれば、それを構成する分子は単に離れて飛ぶだけです。 加熱された液体は、最初に体積が増加し、次いで蒸発し始める。 ソリッドボディーはどうなりますか？ それぞれが集約状態を変更できるわけではありません。

熱膨張：定義

熱膨張は、温度が変化したときの物体の寸法および形状の変化である。 数学的には、変化する外部条件における気体および液体の挙動を予測することができる体積膨張係数を計算することが可能である。 固体の場合と同じ結果を得るには 、線膨張係数を 考慮する必要があります 。 物理学者は、このタイプの研究のためのセクション全体を特定し、それを膨張計と名づけた。

エンジニアや建築家は、建物、道路、パイプの設計に高温と低温の影響を受けて異なる材料の挙動に関する知識が必要です。

ガスの膨張

ガスの熱膨張は、空間におけるそれらの体積の膨張を伴う。 自然哲学者は古代にこれに気づいたが、現代物理学者だけが数学的計算を構築することができた。

まず第一に、科学者は空気の膨張に関心を持っていました。それは実行可能な仕事に思えました。 彼らは非常に矛盾した結果を得た場合、熱心に従事しました。 当然、科学界はそのような結果を満足させなかった。 測定の精度は、使用される温度計、圧力および他の多くの条件に依存した。 いくつかの物理学者は、ガスの膨張は温度変化に依存しないという結論に至った。 または、この依存関係は完全ではありません...

ダルトンとゲイ・ルサックの作品

物理学者は、彼らがぎこちなくなるまで、あるいは ジョン・ダルトン を除いて測定を無視するまで議論し続けるだろう 。 彼と他の物理学者、ゲイ・ルサックは、互いに独立して同じ測定結果を得ることができました。

Lussacは非常に多くの異なる結果の原因を見つけようとしており、実験時には水があることに気づいた。 当然のことながら、加熱プロセス中に、蒸気に変わり、研究されるガスの量および組成を変えた。 したがって、科学者が最初にしたことは、彼が実験を実行するために使用したすべての機器を慎重に乾燥させ、研究中のガスから最低限の水分を除外することでした。 これらのすべての操作の後、最初の数回の実験はより信頼性が高いことが判明しました。

ダルトンはこの問題を同僚よりも長く扱い、XIX世紀の初めにも結果を発表しました。 彼は硫酸蒸気で空気を乾燥し、それを加熱した。 一連の実験の後、Johnはすべてのガスと蒸気が0.376倍に拡大するという結論に達しました。 Lussacは0.375を得た。 これは研究の公式な結果となった。

水蒸気の弾性

ガスの熱膨張は、その弾性、すなわち元の体積に戻る能力に依存する。 最初の質問は、18世紀半ばにチーグラーを探検し始めた。 しかし、彼の実験の結果はあまりにも異なっていた。 高温用のボイラーを使用していた James Wattと 低温用の気圧計によって、より信頼性の高い数値が得られました。

18世紀の終わりに、フランスの物理学者Pronyはガスの弾力性を表す単一の公式を導出しようとしましたが、使いにくく、使いにくいことが判明しました。 Daltonはサイフォンバロメータを使ってすべての計算を実験的にテストすることにしました。 温度がすべての実験で同じではなかったにもかかわらず、結果は非常に正確でした。 したがって、彼は物理学の教科書に表の形でそれらを出版しました。

蒸発論

ガスの熱膨張（物理的理論として）は様々な変化を経た。 科学者たちは、蒸気が生成されるプロセスの本質に到達しようとしました。 ここで再び物理学者ダルトンに知られています。 彼は、この貯水池（部屋）に他のガスや蒸気が存在するかどうかにかかわらず、気体の蒸気で任意の空間が飽和していると仮定しました。 その結果、液体は蒸発せず、単に大気と接触すると結論付けることができる。

液体の表面上の空気の柱の圧力は、原子間の間隔を広げ、それらを引き離して蒸発させる、すなわち蒸気の形成に寄与する。 しかし、重力は蒸気の分子に作用し続けているので、科学者たちは大気圧は液体の蒸発に影響しないと考えていました。

液体の膨張

気体の膨張と平行して液体の熱膨張を調べた。 科学的研究は同じ科学者によって行われた。 これを行うために、彼らは温度計、気圧計、通信船および他の器具を使用した。

すべての実験はまとめて、均質液体が加熱される温度の二乗に比例して膨張するというダルトンの理論を、別々に反論した。 もちろん、温度が高いほど液体の量は多いが、液体の量には直接の関係はなかった。 そして、すべての液体の膨張率は異なっていた。

例えば、水の熱膨張は摂氏0度から始まり、温度の低下とともに続きます。 以前は、これらの実験結果は、水が膨張しないが、それが位置する容量が狭くなったことに起因していた。 しかし、しばらくして、物理学者のDelyukは、その原因を液体そのものに求めなければならないという結論に達しました。 彼は最高の密度の温度を見つけることに決めました。 しかし、これは特定の細部を無視したために失敗しました。 この現象を研究したRumfortは、4〜5℃の範囲で最大の水の密度が観測されることを発見しました。

ボディの熱膨張

固体では、膨張の主なメカニズムは結晶格子の振動の振幅の変化です。 単純な言葉で言えば、物質を構成し、互いに強固に接着している原子は、「震え始める」。

物体の熱膨張の法則は次のように定式化される。dT（初期温度と最終温度の差である）によって加熱される過程で線形寸法Lを有する物体は、dLだけ膨張する（ΔLは物体の長さによる線熱膨張係数の微分であり、温度）。 これは、この法律の最も単純なバージョンです。デフォルトでは、身体がすべての方向にすぐに拡大することを考慮しています。 しかし実際には、材料は物理学者や数学者によってモデル化されたものとは異なる動作をするため、はるかに扱いにくい計算が行われます。

レールの熱膨張

鉄道線を敷設するためには、レールジョイント間の距離を正確に計算できるので、物理学者は常に魅力的です。そのため、加熱または冷却されると経路は変形しません。

既に上述したように、熱線膨張はすべての固形分に適用できます。 そしてレールも例外ではなかった。 しかし、一つの詳細があります。 身体が摩擦の影響を受けないならば、線形変化が自由に起こる。 レールは枕木にしっかりと取り付けられ、隣接するレールに溶接されるので、長さの変動を説明する法律は、走行抵抗および突き当て抵抗の形での障害の克服を考慮に入れます。

レールがその長さを変えられない場合、温度の変化に伴ってレール内の熱応力が増大し、伸び縮みすることができます。 この現象は、フックの法則によって説明されている。