ของเหลวที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงสุด ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน

หน้าแรก > กฎหมาย

ความต้านทานแรงดึงของของเหลวจะไม่ถูกนำมาพิจารณาเมื่อแก้ไขปัญหาในทางปฏิบัติ การขยายตัวของอุณหภูมิของเหลวหยดมีลักษณะเฉพาะ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนβ ทีแสดงการเพิ่มขึ้นสัมพัทธ์ของปริมาตรของของเหลวโดยมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศา เช่น

ที่ไหน ว - ปริมาตรเริ่มต้นของของเหลว Δ ว - การเปลี่ยนแปลงของปริมาตรนี้เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นตามจำนวน ∆T - ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของของเหลวหยด ดังที่เห็นได้จากตาราง 5 ไม่มีนัยสำคัญ

ตารางที่ 5

สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของน้ำ
ความดัน Pa∙10 4	ที่อุณหภูมิ°C

ดังนั้นสำหรับน้ำเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนจาก 10 เป็น 20 ° C และที่ความดัน 10 5 Pa β ที=0.00015 1/องศา สำหรับความแตกต่างของอุณหภูมิที่มีนัยสำคัญ อิทธิพลของอุณหภูมิจะมีอยู่ ความถ่วงจำเพาะในบางกรณีจำเป็นต้องคำนึงถึงด้วย ความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะของของเหลวหยด ดังต่อไปนี้จากการสนทนาครั้งก่อน เปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามการเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิ เราสามารถประมาณได้ว่าความหนาแน่นไม่ได้ขึ้นอยู่กับความดัน และถูกกำหนดโดยอุณหภูมิเท่านั้น จากนิพจน์ (9) และ (1) เราสามารถค้นหาความสัมพันธ์โดยประมาณสำหรับการคำนวณการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของของเหลวหยดเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง:

ค่าสัมประสิทธิ์ใน (10) หาได้จากตารางภายใน ช่วงเวลาที่กำหนดอุณหภูมิ (ดูตัวอย่างตารางที่ 5) ความสามารถของของเหลวในการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น (ความถ่วงจำเพาะ) เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อสร้างการไหลเวียนตามธรรมชาติในหม้อไอน้ำ ระบบทำความร้อน เพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ ฯลฯ ตารางที่ 1 6 แสดงความหนาแน่นของน้ำที่ อุณหภูมิที่แตกต่างกัน.

ตารางที่ 6

การขึ้นอยู่กับความหนาแน่น ρ, จลนศาสตร์ ν และความหนืดไดนามิก μ ของน้ำต่ออุณหภูมิ
อุณหภูมิ, องศาเซลเซียส		ν∙10 4, ม. 2 /วินาที	μ∙10 3 , Pa∙s

ต่างจากของเหลวแบบหยดตรงที่ก๊าซมีลักษณะการอัดตัวและที่สำคัญ ค่าสูงค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน การพึ่งพาความหนาแน่นของก๊าซต่อความดันและอุณหภูมิถูกกำหนดโดยสมการสถานะ คุณสมบัติที่ง่ายที่สุดคือคุณสมบัติของก๊าซที่ถูกทำให้บริสุทธิ์มากจนไม่สามารถคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของมันได้ - สิ่งที่เรียกว่าก๊าซสมบูรณ์แบบ ( ในอุดมคติ) แก๊ส- สำหรับก๊าซสมบูรณ์ สมการ Clapeyron นั้นใช้ได้ ซึ่งช่วยให้สามารถระบุความหนาแน่นของก๊าซที่ความดันและอุณหภูมิที่ทราบได้:

(11)

ที่ไหน ร - ความดันสัมบูรณ์ ร - ค่าคงที่ของก๊าซจำเพาะ แตกต่างกันไปสำหรับก๊าซต่างๆ แต่ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิและความดัน [สำหรับอากาศ R=287 J/(กก.∙K)] ต - อุณหภูมิสัมบูรณ์- พฤติกรรม ก๊าซจริงภายใต้สภาวะที่ห่างไกลจากการกลายเป็นของเหลว จะแตกต่างเพียงเล็กน้อยจากพฤติกรรมของก๊าซสมบูรณ์ และสมการของสถานะของก๊าซสมบูรณ์สามารถใช้ได้ภายในขอบเขตที่กว้าง ในการคำนวณทางเทคนิค ความหนาแน่นของก๊าซมักจะได้รับจาก ปกติสภาพทางกายภาพ (t=0°; р=101 325 Pa) หรือถึง มาตรฐานเงื่อนไข (t=20°C; p=101325 Pa) ความหนาแน่นของอากาศที่ R=287 J/ (kg·K) ภายใต้สภาวะมาตรฐานตามสูตร (11) จะเท่ากับ ρ 0 =101325/287/(273+20)=1.2 กก./ลบ.ม. ความหนาแน่นของอากาศภายใต้เงื่อนไขอื่นถูกกำหนดโดยสูตร:

(12)

ในรูป รูปที่ 1 แสดงกราฟของการพึ่งพาความหนาแน่นของอากาศกับอุณหภูมิที่ความดันต่างๆ ที่กำหนดโดยสูตรนี้

ข้าว. 1 การขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอากาศต่อความดันบรรยากาศและอุณหภูมิ

สำหรับ กระบวนการไอโซเทอร์มอล(T=const) จากสูตร (12) เรามี:

(13)

(14)

ที่ไหน เค=с p /с ν - ค่าคงที่ของก๊าซอะเดียแบติก c p คือความจุความร้อนของก๊าซที่ความดันคงที่ กับ ν - เท่ากันที่ปริมาตรคงที่ ความสามารถในการอัดของก๊าซขึ้นอยู่กับลักษณะของกระบวนการเปลี่ยนสถานะ สำหรับกระบวนการไอโซเทอร์มอล:

(15)

สำหรับกระบวนการอะเดียแบติก:

จากนิพจน์ (15) เป็นไปตามว่าความสามารถในการอัดด้วยความร้อนคงที่สำหรับ อากาศในชั้นบรรยากาศคือ ~9.8∙10 4 Pa ​​​​(ประมาณ 1 at) ซึ่งมีค่าประมาณ 20,000 เท่าของความสามารถในการอัดน้ำ เนื่องจากปริมาตรของก๊าซส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน ข้อสรุปที่ได้จากการศึกษาของเหลวหยดจึงสามารถขยายไปยังก๊าซได้ก็ต่อเมื่อภายในขอบเขตของปรากฏการณ์ที่พิจารณา การเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิไม่มีนัยสำคัญ ความแตกต่างของความดันอย่างมีนัยสำคัญซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของก๊าซอย่างมีนัยสำคัญสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อพวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วของการเคลื่อนที่ของของไหลกับความเร็วของเสียงทำให้เราสามารถตัดสินความจำเป็นในการพิจารณาการบีบอัดในแต่ละกรณีโดยเฉพาะ ในทางปฏิบัติ ก๊าซสามารถสันนิษฐานได้ว่าอัดตัวไม่ได้ที่ความเร็วไม่เกิน 100 เมตร/วินาที ความหนืดของของเหลวความหนืดเป็นคุณสมบัติของของเหลวในการต้านทานแรงเฉือน ของเหลวจริงทั้งหมดมีความหนืดซึ่งแสดงออกมาในรูปแบบของแรงเสียดทานภายในระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของอนุภาคที่อยู่ติดกันของของเหลว นอกจากของเหลวที่เคลื่อนที่ได้ง่าย (เช่น น้ำ อากาศ) แล้ว ยังมีของเหลวที่มีความหนืดสูงซึ่งความต้านทานแรงเฉือนมีนัยสำคัญมาก (กลีเซอรีน น้ำมันหนัก ฯลฯ) ดังนั้นความหนืดจึงเป็นตัวกำหนดระดับความลื่นไหลของของเหลวหรือการเคลื่อนที่ของอนุภาค ปล่อยให้ของเหลวไหลไปตาม ผนังเรียบเลเยอร์ขนานกับมัน (รูปที่ 2) ดังที่สังเกตได้จากการเคลื่อนที่แบบราบเรียบ เนื่องจากอิทธิพลของการเบรกของผนัง ชั้นของของเหลวจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน ซึ่งค่าจะเพิ่มขึ้นเมื่อเคลื่อนออกจากผนัง

ข้าว. 2 การกระจายความเร็วเมื่อของไหลไหลไปตามผนังทึบ

พิจารณาของเหลวสองชั้นที่เคลื่อนที่ในระยะไกล ∆คุณ จากกัน ชั้น ก เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว คุณ , เลเยอร์ ใน - ด้วยความเร็ว คุณ + Δu - เนื่องจากความแตกต่างของความเร็วต่อหน่วยเวลาของชั้น ใน กะจะสัมพันธ์กับชั้น A ตามจำนวน Δ คุณ - ขนาด Δ คุณ คือการเปลี่ยนแปลงสัมบูรณ์ของเลเยอร์ A บนเลเยอร์ B และ Δ คุณ /Δ ย มีการไล่ระดับความเร็ว (การเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์) ความเค้นในวงสัมผัส (แรงเสียดทานต่อหน่วยพื้นที่) ที่ปรากฏระหว่างการเคลื่อนที่นี้จะแสดงด้วย จากนั้นคล้ายกับปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงเข้า ของแข็งอ่า เราได้รับความสัมพันธ์ระหว่างความเครียดและความเครียดดังต่อไปนี้:

(17)

หรือถ้าชั้นต่างๆ อยู่ใกล้กันอย่างไม่มีที่สิ้นสุด

(18)

ขนาด µ คล้ายกับค่าสัมประสิทธิ์แรงเฉือนในของแข็งและกำหนดลักษณะความต้านทานแรงเฉือนของของเหลวเรียกว่า พลวัตหรือ แน่นอน ความหนืด- การมีอยู่ของความสัมพันธ์ (18) ถูกระบุครั้งแรกโดยนิวตัน ดังนั้นจึงเรียกว่ากฎแรงเสียดทานของนิวตัน ใน ระบบระหว่างประเทศหน่วย ความหนืดไดนามิกแสดงเป็น H·s/m 2 หรือ Pa·c ใน ระบบทางเทคนิคหน่วย ความหนืดไดนามิกมีมิติ กิโลกรัมf∙s∙m -2 ในระบบ CGS หน่วยของความหนืดไดนามิกจะถูกนำเข้าสู่หน่วยความจำในรูปแบบดุล (P) คุณหมอชาวฝรั่งเศส Poiseuille ผู้ศึกษากฎการเคลื่อนที่ของเลือดในหลอดเลือด ร่างกายมนุษย์เท่ากับ 1 กรัม∙ซม. -1 ∙s -1 ; 1 Pa∙s=0.102 kgf∙s/m 2 =10 P. ความหนืดของของเหลวใน ระดับที่แข็งแกร่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ในกรณีนี้ความหนืดของของเหลวหยดจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และความหนืดของก๊าซจะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าธรรมชาติของความหนืดของของเหลวและก๊าซหยดนั้นแตกต่างกัน ในก๊าซ ความเร็วเฉลี่ย(ความเข้ม) การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น ความหนืดจึงเพิ่มขึ้น ในของเหลวหยด โมเลกุลไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เหมือนในแก๊ส ในทุกทิศทาง พวกมันสามารถแกว่งไปรอบ ๆ ตำแหน่งเฉลี่ยเท่านั้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วเฉลี่ยจะสูงขึ้น การเคลื่อนไหวแบบสั่นโมเลกุลเพิ่มขึ้นเนื่องจากการที่พันธะที่ยึดพวกมันถูกเอาชนะได้ง่ายขึ้นและของเหลวมีความคล่องตัวมากขึ้น (ความหนืดลดลง) ดังนั้น สำหรับน้ำจืดบริสุทธิ์ การขึ้นต่อกันของความหนืดไดนามิกกับอุณหภูมิจะถูกกำหนดโดยสูตร Poiseuille:

(19)

ที่ไหน µ - ความหนืดสัมบูรณ์ (ไดนามิก) ของของเหลวใน P; ที - อุณหภูมิเป็น° C เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง 100 ° C ความหนืดของน้ำจะลดลงเกือบ 7 เท่า (ดูตารางที่ 6) ที่อุณหภูมิ 20°C ความหนืดไดนามิกของน้ำคือ 0.001 Pa∙s=0.01 P น้ำอยู่ในของเหลวที่มีความหนืดน้อยที่สุด ของเหลวที่ใช้จริงเพียงไม่กี่ชนิด (เช่น อีเทอร์และแอลกอฮอล์) มีความหนืดต่ำกว่าน้ำเล็กน้อย คาร์บอนไดออกไซด์เหลวมีความหนืดต่ำสุด (น้อยกว่าความหนืดของน้ำ 50 เท่า) น้ำมันเหลวทั้งหมดมีความหนืดสูงกว่าน้ำอย่างมาก (น้ำมันละหุ่งที่อุณหภูมิ 20 ° C มีความหนืดมากกว่าน้ำ 1,000 เท่าที่อุณหภูมิเดียวกัน) โต๊ะบี 1.7 แสดงค่าความหนืดของของเหลวบางชนิด

ตารางที่ 7

ความหนืดจลนศาสตร์และไดนามิกของของเหลวหยด (ที่ t=20° C)
ของเหลว		ν∙10 4, ม. 2 /วินาที
น้ำจืด
กลีเซอรีนไม่มีน้ำ
น้ำมันก๊าด (ที่อุณหภูมิ 15°C)
น้ำมันเบนซิน (ที่อุณหภูมิ 15° C)
น้ำมันละหุ่ง
น้ำมันแร่
น้ำมันที่อุณหภูมิ 15°C
เอทิลแอลกอฮอล์ปราศจากน้ำ

เพื่อกำหนดค่าความหนืดไดนามิกของอากาศในระบบ MKGSS จะใช้สูตร Millikan:

ซึ่งให้ที่ t=15° C =1.82∙10 -6 kgf∙s/m 2 (~1.82∙10 -5 Pa∙s) ความหนืดไดนามิกของก๊าซอื่น ๆ นั้นมีลำดับความสำคัญเท่ากันโดยประมาณ นอกเหนือจากแนวคิดเรื่องความหนืดสัมบูรณ์หรือไดนามิกแล้ว แนวคิดนี้ยังถูกใช้ในระบบไฮดรอลิกอีกด้วย ความหนืดจลนศาสตร์- ซึ่งเป็นอัตราส่วนของความหนืดสัมบูรณ์ต่อความหนาแน่นของของเหลว:

(21)

ความหนืดนี้เรียกว่า จลนศาสตร์เนื่องจากมิติของมันไม่มีหน่วยของแรง อันที่จริงเป็นการทดแทนมิติ µ และ ρ เราได้รับ [ โวลต์]=[ล 2 /ต- ในระบบหน่วยสากล ความหนืดจลนศาสตร์จะวัดเป็น m 2 /s; หน่วยวัดความหนืดจลนศาสตร์ในระบบ CGS เป็นหน่วยสโต๊ค (เพื่อเป็นเกียรติแก่ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษสโตกส์): 1 St = 1 cm 2 / s = 10 -4 m 2 / s ส่วนที่ร้อยของสโตกส์เรียกว่าเซนติสโตก (cSt): 1 m 2 /s = 1∙10 4 St = 1∙10 6 cSt ในตาราง รูปที่ 7 แสดงค่าตัวเลขของความหนืดจลน์ของของเหลวหยด 3 - การขึ้นอยู่กับความหนืดจลนศาสตร์ของน้ำและน้ำมันอุตสาหกรรมกับอุณหภูมิ สำหรับการคำนวณเบื้องต้น ค่าของความหนืดจลน์ของน้ำ โวลต์ สามารถรับได้เท่ากับ 0.01 cm 2 / s = 1.10 –6 m 2 / s ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิ 20 ° C

ข้าว. 3 การขึ้นอยู่กับความหนืดจลนศาสตร์ของน้ำและน้ำมันกับอุณหภูมิ

ความหนืดจลน์ของของเหลวหยดที่ความดันที่พบในกรณีส่วนใหญ่ในทางปฏิบัติ (สูงถึง 200 atm) ขึ้นอยู่กับแรงดันเพียงเล็กน้อย และการเปลี่ยนแปลงนี้จะถูกละเลยในการคำนวณไฮดรอลิกแบบทั่วไป ความหนืดจลนศาสตร์ของก๊าซขึ้นอยู่กับทั้งอุณหภูมิและความดัน เพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และลดลงตามความดันที่เพิ่มขึ้น (ตารางที่ 8) ความหนืดจลนศาสตร์ของอากาศสำหรับ สภาวะปกติ(อุณหภูมิ 20° C ความดัน ~1 at) โวลต์= µ/ ρ =1.57∙10 -5 m 2 /s เช่น มากกว่าน้ำที่อุณหภูมิเดียวกันประมาณ 15 เท่า สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าตัวส่วนของการแสดงออกของความหนืดจลนศาสตร์ (21) รวมถึงความหนาแน่นซึ่งสำหรับก๊าซจะน้อยกว่าของเหลวหยดอย่างมีนัยสำคัญ ในการคำนวณความหนืดจลน์ของอากาศที่อุณหภูมิและความดันต่างกันคุณสามารถใช้กราฟ (รูปที่ 4)

ตารางที่ 1.8

ค่าจลนศาสตร์ ν และค่าคงที่ของก๊าซจำเพาะ K สำหรับก๊าซบางชนิด
	ν∙10 4, m 2 /s ที่อุณหภูมิเป็น°C				R, J/(กก.∙K)
					กฎหมายของรัฐบาลกลาง สหพันธรัฐรัสเซีย: “เกี่ยวกับการศึกษา” (ลงวันที่ 10 กรกฎาคม 1992 ฉบับที่ 3266-1) และ “เกี่ยวกับการศึกษาระดับอุดมศึกษาและสูงกว่าปริญญาตรี” (ลงวันที่ 22 สิงหาคม 1996 ฉบับที่ 125-FZ); โปรแกรมการศึกษาขั้นพื้นฐานระดับวิชาชีพชั้นสูง สาขาฝึกอบรม 270800 การก่อสร้าง (1) หลัก โปรแกรมการศึกษา 1.1. เป้าหมาย (ภารกิจ) ของโปรแกรมการศึกษาคือการเตรียมมืออาชีพที่มีการแข่งขันซึ่งพร้อมที่จะทำงานในด้านที่เกี่ยวข้องกับการสนับสนุนการก่อสร้างตลอดจนสามารถพัฒนาตนเองอย่างมืออาชีพและการพัฒนาความคิดสร้างสรรค์เพิ่มเติม

การขยายตัวทางความร้อนของของเหลวหมายความว่าของเหลวสามารถเปลี่ยนปริมาตรได้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง คุณสมบัตินี้มีลักษณะเฉพาะคือ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงปริมาตร แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในปริมาตรของของเหลวเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงหนึ่งหน่วย (1 o C) และที่ความดันคงที่:

โดยการเปรียบเทียบกับคุณสมบัติการอัดของของเหลวเราสามารถเขียนได้

หรือผ่านความหนาแน่น

การเปลี่ยนแปลงปริมาตรพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น

สำหรับของเหลวส่วนใหญ่จะมีค่าสัมประสิทธิ์  ที ลดลงตามแรงกดดันที่เพิ่มขึ้น ค่าสัมประสิทธิ์  ที โดยมีความหนาแน่นของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมลดลงจาก 920 ถึง 700 กก./ม 3 เพิ่มขึ้นจาก 0,0006 ถึง 0,0008 - สำหรับน้ำมันไฮดรอลิก  ที มักจะถือว่าไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ สำหรับของเหลวเหล่านี้จะเพิ่มแรงกดดันจากบรรยากาศเป็น 60 เมกะปาสคาล นำไปสู่การเติบโต  ที ประมาณ 10 – 20 % - นอกจากนี้ยิ่งอุณหภูมิของของไหลทำงานสูงขึ้นเท่าใดการเพิ่มขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น  ที - สำหรับน้ำที่มีแรงดันเพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิสูงถึง 50 โอ ค  ที เติบโตและที่อุณหภูมิสูงขึ้น 50 โอ ค ลดลง

การละลายของก๊าซ

การละลายของก๊าซ - ความสามารถของของเหลวในการดูดซับ (ละลาย) ก๊าซเมื่อสัมผัสกับมัน ของเหลวทั้งหมดดูดซับและละลายก๊าซในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น คุณสมบัตินี้มีลักษณะเฉพาะ ค่าสัมประสิทธิ์การละลาย เค ร .

อี หากอยู่ในภาชนะปิด ของเหลวสัมผัสกับก๊าซที่ความดัน ป 1 จากนั้นก๊าซก็จะเริ่มละลายในของเหลว หลังจากนั้นสักพัก

ของเหลวจะอิ่มตัวด้วยก๊าซและความดันในถังจะเปลี่ยนไป ค่าสัมประสิทธิ์ความสามารถในการละลายเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของความดันในภาชนะกับปริมาตรของก๊าซที่ละลายและปริมาตรของของเหลวดังนี้

ที่ไหน วี ช – ปริมาตรของก๊าซละลายภายใต้สภาวะปกติ

วี และ – ปริมาตรของของเหลว

ป 1 และ ป 2 – แรงดันแก๊สเริ่มต้นและสุดท้าย

ค่าสัมประสิทธิ์การละลายขึ้นอยู่กับชนิดของของเหลว ก๊าซ และอุณหภูมิ

ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส และ ความดันบรรยากาศน้ำประกอบด้วยประมาณ 1,6% อากาศละลายโดยปริมาตร ( เค พี = 0,016 - ด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจาก 0 ถึง 30 องศาเซลเซียส ค่าสัมประสิทธิ์การละลายของอากาศในน้ำลดลง ค่าสัมประสิทธิ์การละลายของอากาศในน้ำมันที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส เท่ากับประมาณ 0,08 – 0,1 - ออกซิเจนมีความสามารถในการละลายได้สูงกว่าอากาศ ดังนั้นปริมาณออกซิเจนในอากาศที่ละลายในของเหลวจึงอยู่ที่ประมาณ 50% สูงกว่าในชั้นบรรยากาศ เมื่อความดันลดลง ก๊าซจะถูกปล่อยออกจากของเหลว กระบวนการวิวัฒนาการของก๊าซมีความเข้มข้นมากกว่าการละลาย

เดือด

การเดือดคือความสามารถของของเหลวในการเปลี่ยนสถานะเป็นก๊าซ มิฉะนั้นจะเรียกว่าคุณสมบัติของของเหลวนี้ ความผันผวน .

ของเหลวสามารถต้มได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิให้มีค่ามากกว่าจุดเดือดที่ความดันที่กำหนดหรือโดยการลดความดันให้มีค่าน้อยกว่าความดัน ไอระเหยอิ่มตัว พี np ของเหลวที่อุณหภูมิที่กำหนด การก่อตัวของฟองเมื่อความดันลดลงจนถึงความดันไออิ่มตัวเรียกว่าการเดือดเย็น

ของเหลวที่ก๊าซที่ละลายอยู่ในนั้นถูกกำจัดออกไปเรียกว่า degassed ในของเหลวดังกล่าว การเดือดจะไม่เกิดขึ้นแม้ที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดที่ความดันที่กำหนด

คุณสามารถป้อนและนำไปใช้ได้คล้ายกับค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิการขยายตัวเชิงปริมาตรซึ่งเป็นลักษณะของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของร่างกายเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เป็นที่ยอมรับในเชิงประจักษ์แล้วว่าการเพิ่มปริมาตรในกรณีนี้ถือได้ว่าเป็นสัดส่วนกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิหากไม่เปลี่ยนแปลงในปริมาณมาก ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรสามารถกำหนดได้หลายวิธี การกำหนดทั่วไปคือ:

คำนิยาม

ให้เราแทนปริมาตรของร่างกายที่อุณหภูมิเริ่มต้น (t) เป็น V ปริมาตรของร่างกายที่อุณหภูมิสุดท้ายเป็น ปริมาตรของร่างกายที่อุณหภูมิเป็น จากนั้น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรกำหนดเป็นสูตร:

ของแข็งและของเหลวจะเพิ่มปริมาตรเล็กน้อยตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นสิ่งที่เรียกว่า "ปริมาตรปกติ" () ที่อุณหภูมิหนึ่งจึงไม่แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากปริมาตรที่อุณหภูมิอื่น ดังนั้นในนิพจน์ (1) จึงถูกแทนที่ด้วย V ซึ่งส่งผลให้:

ควรสังเกตว่าสำหรับก๊าซ การขยายตัวทางความร้อนจะแตกต่างออกไป และการแทนที่ปริมาตร "ปกติ" ด้วย V สามารถทำได้สำหรับช่วงอุณหภูมิเล็กน้อยเท่านั้น

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตรและปริมาตรของร่างกาย

เมื่อใช้สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตร คุณสามารถเขียนสูตรที่ช่วยให้คุณสามารถคำนวณปริมาตรของร่างกายได้หากทราบปริมาตรเริ่มต้นและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น:

ที่ไหน . นิพจน์ () เรียกว่าทวินามการขยายตัวเชิงปริมาตร

การขยายตัวทางความร้อนของวัตถุที่เป็นของแข็งนั้นสัมพันธ์กับความไม่ลงรอยกันของการสั่นสะเทือนทางความร้อนของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นส่วนประกอบ ตาข่ายคริสตัลร่างกาย ผลจากการแกว่งเหล่านี้ เมื่ออุณหภูมิของร่างกายเพิ่มขึ้น ระยะห่างสมดุลระหว่างอนุภาคข้างเคียงของร่างกายนี้จะเพิ่มขึ้น

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายปริมาตรและความหนาแน่นของสสาร

หากมวลคงที่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของร่างกายสิ่งนี้จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของสาร:

โดยที่ความหนาแน่นเริ่มต้นคือความหนาแน่นของสารที่อุณหภูมิใหม่ เนื่องจากปริมาณคือนิพจน์ (4) บางครั้งจึงเขียนเป็น:

สามารถใช้สูตร (3)-(5) เมื่อให้ความร้อนแก่ร่างกายและเมื่อทำให้ร่างกายเย็นลง

ความสัมพันธ์ระหว่างสัมประสิทธิ์ปริมาตรและเชิงเส้นของการขยายตัวเนื่องจากความร้อน

หน่วยวัด

หน่วย SI พื้นฐานสำหรับการวัดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนคือ:

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย	บารอมิเตอร์ปรอทซึ่งอยู่ในห้องมีแรงดันเท่าใดแสดงว่าอุณหภูมิในห้องคงที่และเท่ากับ t = 37 o C ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของปรอทเท่ากับ การขยายตัวของแก้วสามารถละเลยได้
สารละลาย	ปริมาตรจริงของปรอทในบารอมิเตอร์จะเป็นค่า V ซึ่งสามารถพบได้ตามนิพจน์: โดยที่ปริมาตรของปรอทที่ความดันบรรยากาศปกติคือที่ไหน และอุณหภูมิ เนื่องจากอุณหภูมิในห้องไม่เปลี่ยนแปลง เราจึงใช้กฎของบอยล์-มาริโอตและเขียนได้ว่า: มาดูการคำนวณกัน:
คำตอบ	ป้า

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย

อะไรคือความแตกต่างของระดับของเหลวในท่อสื่อสารที่เหมือนกันสองท่อ หากหลอดด้านซ้ายมีอุณหภูมิคงที่และหลอดด้านขวา title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="18" width="66" style="vertical-align: -4px;">). Высота жидкости в левой трубке равна (рис.1). Коэффициент объемного расширения жидкости равен . Расширение стекла моно не учитывать.!}

เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ขนาดของของแข็งจะเปลี่ยนไป ซึ่งเรียกว่าการขยายตัวทางความร้อน มีการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นและปริมาตร กระบวนการเหล่านี้มีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (อุณหภูมิ): - ค่าสัมประสิทธิ์เฉลี่ยการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้น ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาตรเฉลี่ย การขยายตัวทางความร้อน.

คำนิยาม

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนคือปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงในมิติเชิงเส้นของวัตถุที่เป็นของแข็งเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

โดยปกติจะใช้ค่าสัมประสิทธิ์เฉลี่ยของการขยายตัวเชิงเส้น นี่เป็นลักษณะของการขยายตัวทางความร้อนของวัสดุ

หากความยาวเริ่มต้นของร่างกายเท่ากับ การยืดตัวโดยอุณหภูมิร่างกายเพิ่มขึ้น จากนั้นจะถูกกำหนดโดยสูตร:

ค่าสัมประสิทธิ์การยืดตัวเชิงเส้นเป็นคุณลักษณะของการยืดตัวแบบสัมพัทธ์ () ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิของร่างกายเพิ่มขึ้น 1 K

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปริมาตรของของแข็งจะเพิ่มขึ้น ในการประมาณค่าแรก เราสามารถสรุปได้ว่า:

โดยที่ปริมาตรเริ่มต้นของร่างกายคือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิร่างกาย จากนั้นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวตามปริมาตรของร่างกายคือ ปริมาณทางกายภาพซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ในปริมาตรของร่างกาย () ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อร่างกายได้รับความร้อน 1 K และความดันคงที่ คำจำกัดความทางคณิตศาสตร์ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรเป็นสูตร:

การขยายตัวทางความร้อนของวัตถุที่เป็นของแข็งนั้นสัมพันธ์กับความไม่ลงรอยกันของการสั่นสะเทือนเนื่องจากความร้อนของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นโครงผลึกของวัตถุ ผลจากการแกว่งเหล่านี้ เมื่ออุณหภูมิของร่างกายเพิ่มขึ้น ระยะห่างสมดุลระหว่างอนุภาคข้างเคียงของร่างกายนี้จะเพิ่มขึ้น

เมื่อปริมาตรของร่างกายเปลี่ยนแปลง ความหนาแน่นของวัตถุก็จะเปลี่ยนไป:

โดยที่ความหนาแน่นเริ่มต้นคือความหนาแน่นของสารที่อุณหภูมิใหม่ เนื่องจากปริมาณคือนิพจน์ (4) บางครั้งจึงเขียนเป็น:

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนขึ้นอยู่กับสาร ใน กรณีทั่วไปพวกเขาจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนถือว่าไม่ขึ้นกับอุณหภูมิในช่วงอุณหภูมิเล็กน้อย

มีสารหลายชนิดที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเป็นลบ ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น วัสดุดังกล่าวจึงหดตัว ซึ่งมักเกิดขึ้นภายในช่วงอุณหภูมิที่แคบ มีสารบางชนิดที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนเกือบเป็นศูนย์ในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด

นิพจน์ (3) ใช้ไม่เพียงแต่กับของแข็งเท่านั้น แต่ยังใช้กับของเหลวด้วย เชื่อกันว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของของเหลวหยดไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตามเมื่อคำนวณระบบทำความร้อนจะนำมาพิจารณาด้วย

ความสัมพันธ์ระหว่างค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน

หน่วยวัด

หน่วย SI พื้นฐานสำหรับการวัดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนคือ:

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย

เพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของของเหลว จึงใช้เครื่องมือที่เรียกว่าพิคโนมิเตอร์ เหล่านี้เป็นขวดแก้วที่มีคอแคบ (รูปที่ 1) มีเครื่องหมายติดไว้ที่คอเพื่อระบุความจุของภาชนะ (โดยปกติจะมีหน่วยเป็นมล.) พิคโนมิเตอร์ถูกนำมาใช้อย่างไร?

สารละลาย

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรวัดได้ดังนี้ พิคโนมิเตอร์เต็มไปด้วยของเหลวทดสอบจนถึงเครื่องหมายที่เลือก กระติกน้ำได้รับความร้อนโดยสังเกตการเปลี่ยนแปลงของระดับของสาร ด้วยค่าที่ทราบเช่น: ปริมาตรเริ่มต้นของ pycnometer, พื้นที่หน้าตัดของช่องคอของขวด, การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะกำหนดสัดส่วนของปริมาตรเริ่มต้นของของเหลวที่เข้าสู่คอของ พิคโนมิเตอร์เมื่อถูกความร้อน 1 K ควรคำนึงว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของของเหลวมากกว่าค่าที่ได้รับ เนื่องจากขวดเกิดความร้อนและการขยายตัว ดังนั้น ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของของเหลว จึงเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของสารในขวด (โดยปกติจะเป็นแก้ว) ต้องบอกว่าเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวตามปริมาตรของแก้วมีค่าน้อยกว่าของเหลวอย่างมาก ในการคำนวณโดยประมาณ จึงอาจละเลยค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของแก้วได้

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย

คุณสมบัติของการขยายน้ำมีอะไรบ้าง? ปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญอย่างไร?

สารละลาย

น้ำไม่เหมือนคนอื่นส่วนใหญ่ สารของเหลวจะขยายตัวเมื่อถูกความร้อนเฉพาะในกรณีที่อุณหภูมิสูงกว่า 4 o C ในช่วงอุณหภูมิปริมาตรของน้ำจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น น้ำจืดมีความหนาแน่นสูงสุด สำหรับ น้ำทะเลจะได้ความหนาแน่นสูงสุดที่ ความดันที่เพิ่มขึ้นจะทำให้อุณหภูมิของความหนาแน่นสูงสุดของน้ำลดลง เนื่องจากเกือบ 80% ของพื้นผิวโลกของเราถูกปกคลุมไปด้วยน้ำ ลักษณะการขยายตัวของมันจึงมีบทบาทสำคัญในการสร้างสภาพอากาศบนโลก แสงอาทิตย์สาดส่อง ผิวน้ำ, ทำให้มันร้อนขึ้น หากอุณหภูมิต่ำกว่า 1-2 o C แสดงว่าชั้นน้ำอุ่นมี ความหนาแน่นสูงขึ้นกว่าของเย็นแล้วจมลง ในเวลาเดียวกัน ชั้นที่เย็นกว่าก็เข้ามาแทนที่ซึ่งจะร้อนขึ้น นี่คือลักษณะที่มีการเปลี่ยนแปลงของชั้นน้ำอย่างต่อเนื่อง และสิ่งนี้นำไปสู่การอุ่นขึ้นของคอลัมน์น้ำจนกระทั่งถึงความหนาแน่นสูงสุด อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอีกทำให้ชั้นบนของน้ำลดความหนาแน่นลงและยังคงอยู่ที่ด้านบน ปรากฎว่าชั้นน้ำขนาดใหญ่อุ่นขึ้นจนถึงอุณหภูมิความหนาแน่นสูงสุดอย่างรวดเร็ว และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นอีกก็เกิดขึ้นอย่างช้าๆ ส่งผลให้แหล่งกักเก็บน้ำลึกของโลกจากระดับความลึกหนึ่งมีอุณหภูมิประมาณ 2-3 o C ในขณะเดียวกันอุณหภูมิของน้ำชั้นบนในทะเลของประเทศที่อบอุ่นอาจมีอุณหภูมิประมาณประมาณ 30 o C และสูงกว่า