Hőáguás (Váza). Sziárd hamazáapoú anyagok hőáguása a) Lineáris hőáguás b) érfogai hőáguás c) Feüei hőáguás 2. Foyékony hamazáapoú anyagok hőáguása. A víz rendeenes visekedése hőáguáskor 4. Gázok hőáguása 5. A hőáguás megjeenése a mindennapi éeben
Hőáguás Hőmérsékeváozás haására bekövekező méreváozás hőáguásnak nevezzük. A hőáguás során bekövekező méreváozás sok eseben oyan csekéy, hogy szabad szemme nehéz észrevenni. Ennek eenére a hőáguás kövekezében óriási erők éphenek fe, ha a méreváozás érejöé küső erők megakadáyozzák. Gyakran fonos mérnöki feada a hőáguás eeni védeem.. Sziárd hamazáapoú anyagok hőáguása a) ineáris hőáguás Δ d d<< Lineáris hőáguásró oyan sziárd anyagokná beszéünk, aho a kereszirányú mére ehanyagohaó a hosszirány méreéhez képes. Iyen p. a rudak, vezeékek, sínek, sb. hőmérsékeváozás haására bekövekező méreváozása. Hőáguás oka Hőenergia haására a sziárd anyag besejében megnő a részecskék rezgő mozgásának energiája. Ez abban nyivánu meg, hogy nő a rezgőmozgás végző részecskék ampiúdója. Így minden részecskének nagyobb esz a érfogaigénye. Ez okozza a hosszváozás. A hosszváozás méréke függ az anyag minőségéő Minden anyagban más és más kémiai köőerők működnek, ameyek a hőáguás méréké befoyásoják. 2
a kezdei hosszúságáó, A kezdei hossza arányos azon részecskék száma, ameynek ampiúdója megváozik hőenergia haására. hőmérsékeváozásó. A hőmérsékeváozásó függ, hogy mekkora energia váozaja meg a részecskék rezgőmozgásá. Mérések az muaják, hogy sziárd esek ineáris hőáguáskor bekövekeze hosszváozása egyenesen arányos a kezdei hossz és a hőmérsékeváozás szorzaáva. Δ ~ Δ Ez az jeeni, hogy a Δ hányados az anyag minőségére jeemző áandó. Δ Ez az áandó ineáris hőáguási együhaónak nevezzük, és α -va jeöjük. α Δ Δ A ineáris hőáguási együhaó száméréke kifejezi, hogy egy kevin hőmérsékeváozás haására érejövő hosszváozás hányszorosa a kezdei hossznak. α K Sziárd esek hőközés haására bekövekező hosszváozása egyenesen arányos a kezdei hossz és a hőmérsékeváozás szorzaáva az arányossági ényező a ineáris hő águási együhaó. Δ α Δ Az eőző összefüggés fehasznáva bármey hőmérsékeen meghaározhaó a kezdeben hosszúságú rúd hossza. ( ) Δ α α Δ α Δ Δ ( α Δ)
b) Sziárd esek érfogai hőáguása Ha egy sziárd esnek a ér mind a három irányában köze azonos a méree, akkor a hőközéskor bekövekező hosszváozás mind a három irányban figyeembe ke venni. Ez eredményezi a érfogaváozás. Mérések bizonyíják, hogy a hőközés haására bekövekező érfogaváozás egyenesen arányos a kezdei érfoga és a hőmérsékeváozás szorzaáva, az arányossági ényező a β -va jeö érfogai hőáguási együhaó. ΔV β V Bizonyíhaó, hogy a ineáris hőáguási együhaó háromszorosa közeíőeg megegyezik a érfogai hőáguási együhaóva. Bizonyíás β α Vizsgájuk meg egy odahosszúságú kocka aakú es hőáguásá! Δ V V V V ( β Δ) V 2 2 ( α Δ) ( α Δ α Δ α Δ ) 2 Az α és az α szorzóényező aramazó agok ehanyagohaók az összeg öbbi agjához képes. Így: V ( α Δ) V V ( Δ) A ké jeö összefüggésbő ászik, hogy β α. c) Sziárd esek feüei hőáguása Az eőzőek aapján egy kédimenziós sziárd emez hőáguás során bekövekező feüeváozása az aábbi összefüggés aapján haározhaó meg: ΔA 2α A Δ 4
2. Foyékony hamazáapoú anyagok hőáguása A foyadékok hőközés haására egöbbször a sziárd anyagokhoz hasonóan visekednek. Meegíés haására áaában kiágunak. Ennek az az oka, hogy a befekee hőenergia növei a részecskék rezgőmozgásának energiájá. Ez abban nyivánu meg, hogy a részecskék nagyobb ampiúdóva végzik mozgásuka. Így minden részecskének megnő a érfogaigénye, ezér a foyadék kiágu. A érfogaváozás egyenesen arányos a kezdei érfogaa, mer ez haározza meg, hogy hány részecskének váozik meg a érfogaigénye. ΔV ~ V A érfoga váozása egyenesen arányos a hőmérsékeváozássa, mive ez haározza meg, hogy mennyive váozik meg a részecskék rezgőmozgásának az energiája. ΔV ~ Δ. ΔV á β V Δ β K A β érfogai hőáguási együhaó száméréke kifejezi, hogy K hőmérsékeváozás haására bekövekező érfogaváozás hányszorosa a kezdei érfoganak. A foyadék hőközés haására bekövekező érfogaváozása egyenesen arányos, a kezdei érfoga és a hőmérsékeváozás szorzaáva, az arányossági ényező a foyadék hőáguási együhaója. ΔV β V Δ 5
. A víz rendeenes visekedése hőáguáskor A víz hőáguása kivéees. C -ó 4 C -ig nemhogy águna, hanem összehúzódik. Megfigyeések az muaják, hogy a víz 4 C -on öi ki a egkisebb érfogao. Ebbő az is kövekezik, hogy a 4 C -os víz sűrűsége a egnagyobb. A víz hőáguása magasabb hőmérsékeen sem ineáris. A víz kivéees hőáguásának fonos szerepe van a avak és a foyók befagyásakor. Amikor a ó ehű, a feszínén évő ehű víz a ó ajára kerü, mer sűrűsége nagyobb. Amikor a víz ejes méységben eéri a 4 C -o, akkor az áramás megszűnik. A feszínhez közei víz ovább hű, de ez a réeg már nem süyed e, mer sűrűsége kisebb, min a 4 C -os víz sűrűsége. Lassan a víz feszínén jég képződik, amey úszik a vízen. Ha a ó, foyó nem ú sekéy, akkor az aján mindig marad víz, amey bizosíja az áaok és a növények úéésé a nagy hidegben is. A víz ehá feürő efeé fagy meg, míg minden más foyadék auró fefeé. 4. Gázok hőáguása Gázok hőáguásáná is bizonyíhaó, hogy áandó nyomáson a érfogaváozás egyenesen arányos a C -on mér érfoga és a hőmérsékeváozás szozaáva, az arányossági ényező a β. Érdekes módon a gázok hőáguási együhaója közeíőeg β. 27 K Ez az jeeni, hogy az ideáis gázok érfogaa áandó nyomáson hőmérséke-emekedés haására a C -on mér érfoga 27-ad részéve nő. C Gázok hőáguása áandó nyomáson Gay-Lussac I. örvényébő vezeheő e: V V V V 6
ΔV V V V V V ( ) V ( ) V Δ ΔV V Δ, aho V a C -on mér érfoga, = 27 K. 5. A hőáguás megjeenése a mindennapi éeben Hőmérők A esek hőáguásának egfonosabb gyakorai fehasznáása a hőmérőkészíés. Ezen beü is a foyadékok hőáguásán aapuó hőmérők a eggyakoribbak. A foyadéko vékony faú üvegaráyba heyezik, ami hosszú, vékony csőben foyaódik. Így a kis érfogaváozás is jeenős hosszváozássa jár. ávvezeékek beógása az oszopok közö éen és nyáron Nyáron a ávvezeékek megnyúnak, éen csökken a hosszuk. A aróoszopoka úgy ke ervezni, hogy a nyári beógás ne akadáyozza p. a közekedés, vagy ne okozzon baeseveszéy, éen a mére csökkenése mia feépő feszíőerő ne okozza az oszopok kidőésé. Üveg hőáguása A vasag faú üvegpohár gyakran eörik, ha forró vize önünk bee. Az üveg rossz hővezeő. A forró víz haására a beseje femeegszik, águna, de a küső része hideg, és nem engedi a méreváozás. A feépő feszüség mia a pohár ereped. Sínek hőáguása A síneke régen nem ieszeék szorosan egymáshoz. Így védekezek az een, hogy nyáron a nagy meegben kiáguó sínek edeformáódjanak. Ma már készíenek oyan síneke, aho nincs hézag az egyes síndarabok közö. I oyan aapzahoz rögzíik szorosan a sín, ami a sínne együ águ. 7
Hidak hőáguása A hidak egyik végé rögzíik, a másik vége gyakran görgőkön nyugszik. Így a híd a hőáguás kövekezében nem deformáódik. Ingaóra hőáguása Az ingaóra periódusidejé az inga hossza befoyásoja. A hőmérséke emekedésekor a vasrúd kiágu, Nő a engésidő, és így késik az óra. Ha csökken a hőmérséke, akkor csökken a hossz, és az óra sie. Ahhoz, hogy egy ingaóra ponosan járjon szükség van egy eensúyra is. Bimea-szaag Keős féme jeen. Ké küönböző hőáguási együhaóva rendekező féme szegecsenek össze (aumínium és réz). Iyenkor azonos hőmérsékeváozás haására a ké fém küönböző mérékben águ. Ezér a bimeaszaag ehajik. Iye hasznának űzjezésre, gázmeegíő készüékekben. Lyukak hőáguása A gyűrű környíása ponosan akkora, hogy a goyó éppen áfér raja szobahőmérsékeen. Ha a goyó Bunsen-ángon femeegíjük, kiágu, ami szeméeesen bizonyí, hogy így már nem fér á a gyűrűn. Meegísük meg a gyűrű is a ángban. A femeegíe gyűrű nyíásán a meeg rézgoyó ismé áfér, bizonyíva ezze, hogy a sziárd esek beső üregei meegíés haására ugyanúgy águnak, minha az ürege is anyag öené ki. 8