इंजीनियरिंग में रैखिक विस्तार के अनुप्रयोग

विषय

• टीएल; डीआर (बहुत लंबा; डिडंट रीड)
• भौतिकी में विस्तार का अनुप्रयोग
• दैनिक जीवन में ठोस पदार्थों के थर्मल विस्तार के अनुप्रयोग
• ऊष्मागतिकी से थर्मल विस्तार
• विस्तार में सेंसर
• विस्तार और संकुचन का अनुप्रयोग
• विस्तार के पूर्व ताप तापमान
• सामग्री के बीच थर्मल विस्तार विविधता
• पदार्थ के राज्य द्वारा थर्मल विस्तार

रेलरोड और पुलों को विस्तार जोड़ों की आवश्यकता हो सकती है। धातु के गर्म पानी के हीटिंग पाइप को लंबे, रैखिक लंबाई में इस्तेमाल नहीं किया जाना चाहिए। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोस्कोप को अपने फोकस बिंदु के सापेक्ष अपनी स्थिति बदलने के लिए तापमान में मिनट परिवर्तन का पता लगाने की आवश्यकता होती है। तरल थर्मामीटर पारा या अल्कोहल का उपयोग करते हैं, इसलिए वे केवल एक ही दिशा में बहते हैं क्योंकि तापमान में परिवर्तन के कारण तरल फैलता है। इनमें से प्रत्येक उदाहरण दर्शाता है कि गर्मी के तहत लंबाई में सामग्री का विस्तार कैसे होता है।

टीएल; डीआर (बहुत लंबा; डिडंट रीड)

तापमान में परिवर्तन के तहत एक ठोस के रैखिक विस्तार को ℓ / = αΔT का उपयोग करके मापा जा सकता है और इसमें रोजमर्रा की जिंदगी में विस्तार और अनुबंध के तरीकों के अनुप्रयोग होते हैं। जब वस्तु आपस में टकराती है तो एक दूसरे के बीच वस्तुओं को ढंकते समय इंजीनियरिंग में निहितार्थ होता है।

भौतिकी में विस्तार का अनुप्रयोग

जब ठोस सामग्री तापमान (थर्मल विस्तार) में वृद्धि के जवाब में फैलती है, तो यह रैखिक विस्तार के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया में लंबाई में बढ़ सकती है।

लंबाई For के ठोस के लिए, आप α निर्धारित करने के लिए तापमान coT में परिवर्तन के कारण लंबाई solid में अंतर को माप सकते हैं, समीकरण के अनुसार ठोस के लिए थर्मल विस्तार का गुणांक: ℓ / ℓ = αΔT विस्तार और संकुचन के एक उदाहरण के आवेदन के लिए।

हालांकि, यह समीकरण मानता है कि दबाव में परिवर्तन लंबाई में एक छोटे से आंशिक परिवर्तन के लिए नगण्य है। ℓ / Δℓ के इस अनुपात को भौतिक तनाव के रूप में भी जाना जाता है, जिसे Δℓ के रूप में चिह्नित किया जाता है_{थर्मल}। तनाव, तनाव के लिए एक सामग्री प्रतिक्रिया, यह ख़राब करने का कारण बन सकती है।

आप उस सामग्री की मात्रा के अनुपात में सामग्री की विस्तार दर निर्धारित करने के लिए रैखिक विस्तार के इंजीनियरिंग टूलबॉक्स गुणांक का उपयोग कर सकते हैं। यह आपको बता सकता है कि आपके पास उस सामग्री का कितना विस्तार है, साथ ही भौतिक विज्ञान में विस्तार के आवेदन के लिए आपके द्वारा लागू किए गए तापमान में कितना परिवर्तन है, इसके आधार पर एक सामग्री का विस्तार होता है।

दैनिक जीवन में ठोस पदार्थों के थर्मल विस्तार के अनुप्रयोग

यदि आप एक तंग जार खोलना चाहते हैं, तो आप ढक्कन का विस्तार करने के लिए इसे गर्म पानी के नीचे चला सकते हैं और इसे खोलना आसान बना सकते हैं। इसका कारण यह है कि जब पदार्थ, जैसे ठोस, तरल पदार्थ या गैसों को गर्म किया जाता है, तो उनका औसत आणविक गतिज ऊर्जा बढ़ती है। सामग्री के भीतर हिलने वाले परमाणुओं की औसत ऊर्जा बढ़ जाती है। इससे परमाणुओं और अणुओं के बीच अलगाव बढ़ जाता है जो सामग्री का विस्तार करता है।

हालांकि यह चरण परिवर्तन का कारण बन सकता है जैसे कि बर्फ का पिघलना पानी में, थर्मल विस्तार आमतौर पर तापमान में वृद्धि का एक अधिक प्रत्यक्ष परिणाम है। आप इसका वर्णन करने के लिए थर्मल विस्तार के रैखिक गुणांक का उपयोग करते हैं।

ऊष्मागतिकी से थर्मल विस्तार

इन रासायनिक परिवर्तनों के जवाब में सामग्री का विस्तार या अनुबंध हो सकता है, इन छोटे पैमाने पर रासायनिक और थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं से आकार में बड़े पैमाने पर परिवर्तन होता है उसी तरह से अत्यधिक गर्मी के तहत पुल और इमारतों का विस्तार हो सकता है। इंजीनियरिंग में, आप थर्मल विस्तार के कारण एक ठोस पदार्थ की लंबाई में परिवर्तन को माप सकते हैं।

अनिसोट्रोपिक सामग्रीएस, जो अलग-अलग दिशाओं के बीच अपने पदार्थ में भिन्न होते हैं, दिशा के आधार पर अलग-अलग रैखिक विस्तार गुणांक हो सकते हैं। इन मामलों में, आप टेंसर का उपयोग थर्मल विस्तार को टेंसर के रूप में वर्णित करने के लिए कर सकते हैं, एक मैट्रिक्स जो प्रत्येक दिशा में थर्मल विस्तार गुणांक का वर्णन करता है: x, y और z।

विस्तार में सेंसर

polycrystalline लगभग शून्य सूक्ष्म तापीय विस्तार गुणांक वाले ग्लास बनाने वाली सामग्री भट्टियों और भस्मक जैसे अपवर्तक के लिए बहुत उपयोगी होती है। सेंसर इन ऐसोट्रोपिक सामग्रियों में रैखिक विस्तार की विभिन्न दिशाओं के लिए लेखांकन करके इन गुणांक का वर्णन कर सकते हैं।

कॉर्डिएराइट, एक सिलिकेट मटेरियल जिसमें एक सकारात्मक थर्मल विस्तार गुणांक है और एक नकारात्मक एक का मतलब है कि इसका टेंसर अनिवार्य रूप से शून्य का एक मात्रा परिवर्तन बताता है। यह अपवर्तक के लिए एक आदर्श पदार्थ बनाता है।

विस्तार और संकुचन का अनुप्रयोग

एक नॉर्वेजियन पुरातत्वविद् ने कहा कि वाइकिंग्स ने थर्मल विस्तार का इस्तेमाल किया cordierite सदियों पहले समुद्रों को नेविगेट करने में उनकी मदद करने के लिए। आइसलैंड में, कॉर्डिएराइट के बड़े, पारदर्शी एकल क्रिस्टल के साथ, उन्होंने कॉर्डिएरिट से बने सनस्टोन का उपयोग किया जो कि क्रिस्टल के एक निश्चित झुकाव में प्रकाश को एक निश्चित दिशा में ध्रुवीकृत कर सकते थे, ताकि वे बादल, घटाटोप दिनों पर नेविगेट कर सकें। चूंकि थर्मल विस्तार के कम गुणांक के साथ क्रिस्टल लंबाई में भी विस्तार करेंगे, इसलिए उन्होंने एक उज्ज्वल रंग दिखाया।

इंजीनियरों को इस बात पर विचार करना चाहिए कि भवन और पुलों जैसी संरचनाओं को डिजाइन करते समय वस्तुएं कैसे विस्तारित और अनुबंधित होती हैं। गर्म सामग्री के लिए भूमि सर्वेक्षण या मोल्ड्स और कंटेनरों को डिजाइन करने के लिए दूरी को मापते समय, उन्हें इस बात का ध्यान रखना चाहिए कि उनके द्वारा अनुभव किए गए तापमान में परिवर्तन के जवाब में पृथ्वी या एक ग्लास का कितना विस्तार हो सकता है।

ऊष्मातापी धातुओं के दो अलग-अलग पतली पट्टियों के द्विध्रुवीय स्ट्रिप्स पर एक पर भरोसा करें, इसलिए तापमान में बदलाव के कारण एक दूसरे की तुलना में काफी अधिक फैलता है। यह पट्टी को मोड़ने का कारण बनता है, और जब यह होता है, तो यह एक विद्युत सर्किट के लूप को बंद कर देता है।

यह एयर कंडीशनर को शुरू करने का कारण बनता है, और, थर्मोस्टैट्स मानों को बदलकर, सर्किट को बंद करने के लिए पट्टी के बीच की दूरी। जब बाहरी तापमान अपने वांछित मूल्य तक पहुंच जाता है, तो धातु सर्किट खोलने और एयर कंडीशनर को बंद करने का अनुबंध करता है। यह विस्तार और संकुचन के कई उदाहरणों में से एक है।

विस्तार के पूर्व ताप तापमान

जब 150 ° C और 300 ° C के बीच धातु के प्री-हीटिंग होते हैं, तो उनका विस्तार होता है, इसलिए उन्हें दूसरे कंपार्टमेंट में डाला जा सकता है, एक प्रक्रिया जिसे इंडक्शन हटना फिटिंग कहा जाता है। अल्ट्राफ्लेक्स पॉवर टेक्नोलॉजीज के तरीकों में इंडक्शन कॉइल का उपयोग करके स्टेनलेस स्टील के पाइप को 350 ° C तक गर्म करके एक तार पर इंडक्शन हटना फिटिंग टेफ्लॉन इंसुलेशन शामिल किया गया है।

थर्मल विस्तार का उपयोग समय के साथ अवशोषित गैसों और तरल पदार्थों के बीच ठोस पदार्थों की संतृप्ति को मापने के लिए किया जा सकता है। समय से पहले पानी को अवशोषित करने देने से पहले और बाद में सूखे ब्लॉक की लंबाई को मापने के लिए आप एक प्रयोग स्थापित कर सकते हैं। लंबाई में परिवर्तन विस्तार का थर्मल गुणांक दे सकता है। यह निर्धारित करने में व्यावहारिक उपयोग करता है कि हवा के संपर्क में आने पर इमारतें समय के साथ कैसे विस्तारित होती हैं।

सामग्री के बीच थर्मल विस्तार विविधता

रैखिक थर्मल विस्तार गुणांक उस पदार्थ के पिघलने बिंदु के व्युत्क्रम के रूप में भिन्न होता है। उच्च पिघलने बिंदु वाली सामग्री में कम रैखिक थर्मल विस्तार गुणांक होते हैं। टंगस्टन के लिए सल्फर के लिए लगभग 400 K से लेकर 3,700 तक की संख्या होती है।

थर्मल विस्तार का गुणांक भी सामग्री के तापमान से ही भिन्न होता है (विशेष रूप से कि क्या कांच संक्रमण तापमान पार कर गया है), सामग्री की संरचना और आकार, प्रयोग में शामिल किसी भी एडिटिव्स और पोलीमर्स के बीच संभावित क्रॉस-लिंकिंग पदार्थ।

अनाकार पॉलिमर, बिना क्रिस्टलीय संरचनाओं वाले, अर्धविराम वाले लोगों की तुलना में कम थर्मल विस्तार गुणांक रखते हैं। कांच के बीच, सोडियम कैल्शियम सिलिकॉन ऑक्साइड ग्लास या सोडा-लाइम सिलिकेट ग्लास, 9 का काफी कम गुणांक है, जहां बोरोसिलिकेट ग्लास है, जिसका उपयोग ग्लास ऑब्जेक्ट बनाने के लिए 4.5 है।

पदार्थ के राज्य द्वारा थर्मल विस्तार

थर्मल विस्तार ठोस, तरल पदार्थ और गैसों के बीच भिन्न होता है। जब तक वे एक कंटेनर द्वारा विवश नहीं होते तब तक ठोस आमतौर पर अपना आकार बनाए रखते हैं। वे क्षेत्र विस्तार या सतही विस्तार नामक एक प्रक्रिया में अपने मूल क्षेत्र के संबंध में अपने क्षेत्र में परिवर्तन करते हैं, साथ ही साथ वॉल्यूम के विस्तार के माध्यम से मूल मात्रा के संबंध में उनके मात्रा में परिवर्तन होता है। ये विभिन्न आयाम आपको कई रूपों में ठोस पदार्थों के विस्तार को मापते हैं।

तरल विस्तार कंटेनर के रूप में लेने की अधिक संभावना है, इसलिए आप इसे समझाने के लिए वॉल्यूमेट्रिक विस्तार का उपयोग कर सकते हैं। ठोस के लिए थर्मल विस्तार का रैखिक गुणांक है α, तरल पदार्थ के लिए गुणांक है β और गैसों का थर्मल विस्तार आदर्श गैस कानून है पीवी = एनआरटी दबाव के लिए पी, आयतन वीमोल्स की संख्या n, गैस स्थिर आर और तापमान टी.