Termostat to urządzenie lub element urządzenia utrzymujące zadaną temperaturę poprzez aktywne działanie.

• w naukach eksperymentalnych - kompletne urządzenie utrzymujące stała temperaturę zawierające układ sterowania oraz wyposażone w (najczęściej elektryczny) układ grzewczy oraz chłodzący,

  • łażnia wodna, łaźnia olejowa, łaźnia powietrzna, łaźnia piaskowa

  • inkubator (cieplarka)

• układ sterujący, utrzymujący stałą temperaturę - (zawierający układ pomiaru temperatury oraz układ włączający urządzenia dostarczające ciepło lub odbierające ciepło z układu), np.

  • termostat - element układu chłodzenia silnika spalinowego w samochodzie - układ sterujący klimatyzatora,

  • układ sterujący pracą chłodziarki (lodówki), zamrażarki,

Wraz ze zmianą temperatury ciała stałego zmieniają się jego rozmiary.

Najczęściej obserwujemy rozszerzanie się ciał przy ich ogrzewaniu i kurczenie przy

obniŜaniu temperatury. Wzrost temperatury ciała wiąŜe się ze wzrostem energii drgań

atomów lub cząsteczek ciała, co prowadzi do wzrostu średniej odległości

międzyatomowej lub międzycząsteczkowej. JeŜeli zmiana temperatury nie jest zbyt

duŜa, to zmianę rozmiarów ciała moŜna scharakteryzować liniowym współczynnikiem

rozszerzalności cieplnej. Definiuje się go następująco:

l T

l

oΔ

α = Δ , (5.1)

gdzie Δl – przyrost długości ciała przy wzroście temperatury o ΔT, lo- długość

początkowa ciała. Współczynnik rozszerzalności liniowej danego materiału moŜe mieć

stałą wartość jedynie w pewnym przedziale temperatur. Dlatego waŜne jest, aby

zawsze podawać zakres temperatur, dla których został on wyznaczony.

JeŜeli badane ciało jest monokryształem, to współczynnik rozszerzalności

liniowej będzie zaleŜał od kierunku krystalograficznego. O takich ciałach mówimy, Ŝe

są anizotropowe. Ciała, których własności nie zaleŜą od orientacji przestrzennej

nazywamy izotropowymi. W pewnym zakresie temperatur ciała mogą się równieŜ

kurczyć wraz ze wzrostem temperatury, wtedy współczynnik rozszerzalności liniowej

przyjmuje wartości ujemne.

Rozszerzalność liniowa [edytuj]

Przyjmuje się, że zmiana długości jest proporcjonalna do zmiany temperatury, co wyraża wzór na rozszerzalność liniową:

gdzie:

– długość przedmiotu po zmianie temperatury,

– długość początkowa,

– współczynnik rozszerzalności liniowej,

- przyrost temperatury.

Współczynnik rozszerzalności oznacza o ile zwiększa się długość jednostki długości po ogrzaniu o jednostkę temperatury (1 K). Wyraża się wzorem:

Jednostką współczynnika rozszerzalności liniowej jest odwrotność kelwina

Rozszerzalność liniową określa się tylko dla ciał stałych.

Rozszerzalność objętościowa [edytuj]

Ciecze nie mają własnej długości dlatego określa się rozszerzalność objętościową opisaną wzorem

gdzie:

– objętość cieczy po zmianie temperatury,

– objętość początkowa,

– współczynnik rozszerzalności objętościowej.

Współczynnik rozszerzalności określa o ile zwiększa się objętość 1 m³ po zwiększeniu temperatury o 1 K). Wyraża się wzorem:

Jednostką współczynnika rozszerzalności objętościowej jest taka sama jak jednostka współczynnika rozszerzalności liniowej. Rozszerzalność objętościowa i liniowa jest powiązana przybliżoną relacją

Zależność tę można otrzymać po podniesienia wzoru na objętość liniową do trzeciej potęgi i przyjęciu odpowiednich przybliżeń. Obowiązuje ona tylko dla ciał izotropowych ze względu na rozszerzalność cieplną.

Większość ciał zwiększa swą objętość w wyniku wzrostu temperatury, znanych jest jednak kilka wyjątków. Najbardziej znanym przykładem odstępstwa od reguły jest woda, która w zakresie od 0 °C do 4 °C zmniejsza swoją objętość przy wzroście temperatury.

Objętość gazów zależy nie tylko od temperatury ale też od ciśnienia, dlatego dla gazów współczynnik rozszerzalności objętościowej zależy od ciśnienia i można go obliczyć z równań Clapeyrona.