編隊, 科學

固體和液體的熱膨脹

眾所周知，在熱的影響下，顆粒加速其混亂運動。如果你加熱氣體，組成的分子就會分開。加熱後的液體將首先增加體積，然後開始蒸發。固體會發生什麼？並不是每個人都可以改變其總體狀態。

熱膨脹：定義

熱膨脹是溫度變化時物體尺寸和形狀的變化。在數學上，可以計算體積膨脹係數，這允許在改變外部條件時預測氣體和液體的行為。為獲得固體相同的結果，有必要考慮線膨脹係數。物理學家已經確定了這一類型的研究的整個部分，並將其命名為膨脹測量法。

工程師和建築師在建築物，道路和管道設計的高低溫影響下，需要知道不同材料的行為。

氣體膨脹

氣體的熱膨脹伴隨著其在空間中的體積膨脹。自然哲學家在古代注意到這一點，但只有現代物理學家才能建立數學計算。

首先，科學家對擴大空氣感興趣，正如它們似乎是可行的任務一樣。他們非常熱心地從事了相當矛盾的事情。當然，科學界並沒有達到這樣的結果。測量的準確度取決於使用的溫度計，壓力和許多其他條件。一些物理學家甚至得出結論，氣體的膨脹不依賴於溫度變化。或者這種依賴不完整...

道爾頓和蓋洛盧薩克的作品

物理學家將繼續爭論，直到他們嘶啞，否則他們會忽略測量，除了約翰·道爾頓。他和另一位物理學家，蓋伊 - 盧薩克，同時獨立地得到了相同的測量結果。

Lussac試圖找到如此多的不同結果的原因，並註意到在實驗時有些設備有水。當然，在加熱過程中，它變成蒸氣並改變了正在研究的氣體的數量和組成。因此，科學家所做的第一件事是仔細乾燥他用來進行實驗的所有儀器，甚至排除所研究氣體中最少的水分百分比。經過所有這些操作，前幾個實驗證明是更可靠的。

道爾頓處理這個問題比他的同事長，甚至在十九世紀初就公佈了這個結果。他用硫酸蒸氣乾燥空氣，然後加熱。經過一系列實驗，約翰得出結論，所有的氣體和蒸氣都擴大了0.376倍。盧薩克得到了數字0.375。這成為研究的官方結果。

水蒸氣彈性

氣體的熱膨脹取決於它們的彈性，也就是返回到原始體積的能力。第一個問題在十八世紀中葉開始探索齊格勒。但是他的實驗結果卻有太大差異。詹姆斯·瓦特（ James Watt ）使用了高溫鍋爐和低溫晴雨表獲得了更可靠的數據。

在18世紀末，法國物理學家Prony試圖得出一個可以描述氣體彈性的公式，但其實很麻煩，很難使用。 Dalton決定用這個虹吸氣壓計來實驗測試所有的計算。儘管在所有實驗中溫度不同，但結果非常準確。因此，他在他的物理教科書中以表格的形式出版了他們。

蒸發理論

氣體的熱膨脹（作為物理理論）經歷了各種變化。科學家已經嘗試了解生產蒸汽的過程的本質。這裡再次被我們物理學家道爾頓所認識。他假設任何空間都被氣體蒸氣飽和，無論這個水庫（房間）中是否存在其他任何氣體或蒸氣。因此，可以得出結論，液體不會蒸發，簡單地與大氣接觸。

液體表面上空氣柱的壓力增加了原子之間的空間，將其分開並蒸發，即有助於蒸汽的形成。但重力繼續作用於蒸汽分子，所以科學家認為大氣壓力不會影響液體的蒸發。

膨脹液體

與氣體膨脹同時研究液體的熱膨脹。科學研究由同一位科學家進行。為此，他們使用溫度計，氣力計，通訊船和其他儀器。

所有的實驗結合在一起，並且分別反駁道爾頓的理論認為，均質液體與它們被加熱的溫度的平方成比例地膨脹。當然，溫度越高，液體的體積就越大，但是沒有直接的關係。所有液體的膨脹率不同。

例如，水的熱膨脹從零攝氏度開始並持續降低溫度。以前，這些實驗結果歸因於以下事實：不是水膨脹，而是位於其位置的能力變窄。但是有一段時間後，物理學家德利克（Delyuk）卻得出結論，應該在液體本身中尋求原因。他決定找到最大密度的溫度。但是，由於忽略某些細節而導致失敗。研究這種現象的Rumfort發現水的最大密度在4至5攝氏度的範圍內。

身體熱膨脹

在固體中，膨脹的主要機理是晶格振動幅度的變化。簡而言之，構成材料並剛性地粘附的原子開始“顫抖”。

物體的熱膨脹定律如下：在dT加熱過程中，任何具有線性尺寸L的物體（δT是初始溫度和最終溫度之間的差值）擴展為dL（ΔL是線性熱膨脹係數的乘積與物體長度的差值溫度）。這是這個法律的最簡單的版本，默認情況下考慮到身體在所有方向上立即展開。但是，對於實際工作來說，使用更繁瑣的計算，因為在現實中，材料的行為與物理學家和數學家的建模不同。

鐵路熱膨脹

為了鋪設鐵路軌道，物理學家總是被吸引，因為它們可以準確地計算軌道接頭之間的距離，使得當加熱或冷卻路徑不變形時。

如上所述，熱線性膨脹適用於所有固體。鐵路也不例外。但有一個細節。如果身體不受摩擦影響，則會發生線性變化。軌道剛性地連接到軌枕並焊接到相鄰的軌道上，因此描述長度變化的規律考慮到以運行和對接電阻的形式克服障礙物。

如果導軌長度不能改變，隨著溫度的變化，其中的熱應力會增長，這樣就可以拉伸和壓縮它。胡克定律描述了這種現象。