فيزياء

تمدد خطي


أما بالنسبة للغازات ، فإن أحد تباينات درجات الحرارة هو اختلاف الأبعاد في الأجسام الصلبة والسائلة. هذا الاختلاف هو ما نسميه التمدد الحراري.

ينطبق فقط على أجسام الحالة الصلبة ، ويتألف من تباين كبير من بعد واحد فقط. كما هو الحال في القضبان والكابلات والأسلاك.

عندما ننظر إلى شريط متجانس ، على سبيل المثال ، من الطول عند درجة حرارة أولية . عندما تزداد درجة الحرارة هذه إلى (>) ، لوحظ أن هذا الشريط له طول (>).

وبالتالي يمكن أن نستنتج أن التمدد الخطي يحدث بالتناسب مع التغير في درجة الحرارة والطول الأولي. . ولكن عند تحليل الأشرطة ذات الأبعاد المتساوية ولكن المصنوعة من مادة مختلفة ، سيكون اختلافها في الطول مختلفًا ، لأن الامتداد يأخذ أيضًا في الاعتبار خصائص المادة التي يتم بها تكوين الكائن ، وهذا هو ثابت التناسب في التعبير. ، ودعا معامل التمدد الخطي (α).

وبالتالي يمكننا التعبير عن:

الوحدة المستخدمة ل α هو معكوس وحدة درجة الحرارة ، على النحو التالي: .

بعض القيم المعتادة لمعاملات التمدد الخطي:

مادة
الرصاص
زنك
الألومنيوم
فضة
نحاس
الذهب
حديد
بلاتين
زجاج (شائع)
التنغستن
بيركس جلاس

شفرة ثنائية المعدن

أحد تطبيقات التوسيع الخطي الأكثر استخدامًا في الحياة اليومية هو بناء الشفرات ثنائية المعدن ، والتي تتكون من لوحين من مواد مختلفة ، وبالتالي معاملات التمدد الخطي الملحومة المختلفة. عند تسخينها ، تزيد الصفائح من طولها بشكل غير متساو ، مما يؤدي إلى ثني هذا النصل الملحوم.

تم العثور على شفرات ثنائية المعدن بشكل رئيسي في الأجهزة الكهربائية والإلكترونية ، لأن التيار الكهربائي يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الموصلات ، والتي لا يمكن أن تكون أكثر دفئًا مما تم بناؤه لتحمله.

عند ثني الشفرة ، يكون الغرض منها هو مقاطعة التيار الكهربائي ، بعد انخفاض وقت درجة حرارة الموصل ، مما يجعل الشفرة تعود إلى شكلها الأولي وإعادة تأهيل مرور الكهرباء.

التمثيل البياني

يمكننا التعبير عن التمدد الخطي للجسم من خلال رسم بياني بطوله. (L) اعتمادا على درجة الحرارة (θ)، مثل هذا:

يجب أن يكون الرسم البياني عبارة عن قطعة مستقيمة لا تمر بالأصل حيث أن الطول الأولي ليس صفراً.

النظر في زاوية φ كميل الخط بالنسبة للمحور الأفقي. يمكننا ربطه بـ:

للأسباب التالية: