Ć W I C Z E N I E NR 30- WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA

ROZSZERZALNOSCI LINIOWEJ CIAŁ STAŁYCH

ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTEPNEGO

Rozszerzalność cieplna (rozszerzalność termiczna) - właściwość fizyczna ciał polegająca na zwiększaniu się ich długości (rozszerzalność liniowa) lub objętości(rozszerzalność objętościowa) w miarę wzrostu temperatury.

Rozszerzalność cieplna

• trudno jest zmienić objętość ciał stałych i cieczy; w specyficznych warunkach jest możliwe zwiększenie ich objętości

• pod wpływem wzrostu temperatury metalowej kulki wzrosła jej objętość

• sposób działania termometru oparty jest o rozszerzalność temperaturową cieczy

• gdy rośnie temperatura - słupek rtęci rośnie (rtęć zwiększa swoją objętość)

• cząsteczki cieczy pod wpływem wzrostu temperatury oddalają się od siebie

• ciecze pod wpływem wzrostu temperatury rozszerzają się bardziej niż ciała stałe, ponieważ siły międzycząsteczkowe w ciałach stałych są większe niż w cieczach

• do budowy termometrów używa się także alkoholi, które lepiej znoszą niską temperaturę

• rtęć zamarza w temperaturze -39º C)

• na rozszerzalność temperaturową ciał stałych i cieczy ma wpływ rodzaj materiału, z jakiego są wykonane - nafta rozszerza się prawie 5 razy szybciej niż rtęć

• gazy rozszerzają się najszybciej pod wpływem temperatury, a najwolniej rozszerzają się ciała stałe

Rozszerzalność liniowa

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.

Dokładność

Jest to tylko prawo przybliżone, stosunkowo dokładne tylko w wąskim zakresie temperatur. W różnych temperaturach współczynnik rozszerzalności może przyjmować różne wartości. Wzór na liniową rozszerzalność cieplną jest prawdziwy jedynie dla izotropowych ciał polikrystalicznych, ponieważ zawiera średni (co do kierunku) współczynnik rozszerzalności. Większość monokryształów wykazuje anizotropowe właściwości rozszerzalności cieplnej, np. kryształ kalcytu przy zmianie temperatury w jednym kierunku kurczy się, a w drugim rozszerza. Można określać wówczas współczynniki rozszerzalności wzdłuż osi głównych kryształu. Przy niezbyt dużej zmianie temperatury współczynnik rozszerzalności termicznej jest wystarczająco dokładnym parametrem, aby przy jego pomocy szacować zmiany kształtów materiałów podczas ich ogrzewania.

Zjawisko w życiu codziennym

Przykłady rozszerzalności temperaturowej ciał stałych:

• połączenia szyn kolejowych i stalowe konstrukcje mostów wymagają stosowania szczelin lub elementów dylatacyjnych

• Kable telefoniczne i elektryczne w instalacjach napowietrznych zmieniają swą długość, co powoduje ich zwisanie wyżej (zimą) lub niżej (latem).

• płytki bimetalowe w wyłącznikach termostatycznych (np. w żelazku, lodówce) zmieniają swój kształt załączając lub rozłączając obwody elektryczne; w termometrach bimetalowych działają poprzez dźwignię na wskazówkę.

• przedmioty mogące się po sobie przesuwać z pewnymi oporami, przy zmianach temperatury zmieniają wzajemne usytuowanie, powodując przy tym różnorakie szmery i trzaski często słyszalne podczas użytkowania pieców, lamp oświetleniowych, nagrzewających się urządzeń elektrycznych, a także w domu nocą, gdy temperatura spada.

• może być przyczyną pękania powierzchni klejonych, gdy współczynniki rozszerzalności klejonych obiektów i spoiny klejowej różnią się zbytnio, a klej nie jest elastyczny.

• zjawisko rozszerzalności cieplnej gazów można także wykorzystywać, naprawiając w prosty sposób zgniecioną piłeczkę pingpongową. Powietrze wewnątrz ogrzanej piłeczki rozszerza się i nadaje jej poprzedni kształt.

• balon zwiększa swoje rozmiary i może pęknąć, gdy z zimnego otoczenia przyniesiemy go do ciepłego pokoju.

Rozszerzalność objętościowa

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 są powiązane przybliżoną relacją

Zależność tę można otrzymać po podniesieniu 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 zrównań Clapeyrona.

Zastosowania

• ciało stałe

zjawisko rozszerzalności temperaturowej wykorzystuje się do produkcji różnego typu termometrów metalowych (prętowych). W metalowej rurce umieszcza się pręt wykonany z innego metalu. Miarą temperatury jest różnica długości pręta i rurki. Zaletą termometrów metalowych jest duży zakres mierzonych temperatur, zaś wadą mała dokładność.

budując drogę z betonową nawierzchnią, zostawia się szczeliny, aby beton miał miejsce na rozszerzanie się w upalne dni. To samo dotyczy też torów kolejowych, gdzie w podobny sposób układa się szyny.

• ciecze:

zjawisko objętościowej rozszerzalności temperaturowej cieczy znalazło praktyczne zastosowanie w termometrach cieczowych. Termometr taki zbudowany jest z bardzo cienkiej szklanej rurki zatopionej z jednej strony i zakończonej z drugiej strony zbiorniczkiem zawierającym ciecz. Wraz ze wzrostem temperatury ciecz rozszerza się i jej poziom w rurce podnosi się. Rurka również się rozszerza, ale znacznie słabiej niż ciecz. Przy obniżeniu temperatury ciecz kurczy się i jej poziom w rurce obniża się. Wzdłuż rurki umieszczana jest skala. Rurka ze zbiorniczkiem jest najczęściej wykonana ze szkła kwarcowego (odpornego na wysoką temperaturę)

• gazy:

zjawisko rozszerzalności temperaturowej gazów wykorzystuje się w np. termometrach gazowych 

Oddziaływania międzycząsteczkowe - inne niż wiązania chemiczne siły wiążące atomy i cząsteczki.

 

Do oddziaływań tych zalicza się (w kolejności od najsilniejszych do najsłabszych):
 

Oddziaływani Van der Waalsa

Van der Waalsa oddziaływania, siły van der Waalsa, wzajemne oddziaływania elektrostatyczne pomiędzy dipolami cząsteczkowymi, pomiędzy cząsteczkami pozbawionymi momentów dipolowych lub atomami (tzw. oddziaływania dyspersyjne). Przyczyną wystąpienia oddziaływania van der Waalsa są trwałe oraz wyindukowane momenty dipolowe w cząsteczkach lub - - chwilowe asymetrie rozkładu ładunku w cząsteczce lub atomie. Oddziaływania van der Waalsa są oddziaływaniami bliskiego zasięgu (do 0,5 nm). Występują w kryształach wszelkiego typu (dominują w kryształach molekularnych), ponadto mają duże znaczenie m.in. w zjawiskach: adsorpcji, skraplania gazów, solwolizy.

złony opisujące oddziaływania van der Waalsa wraz z narastającą odległością szybko tracą znaczenie. Zazwyczaj są one symulowane przy użyciu potencjału Lennarda-Jonesa o wykładnikach „6-12”, co oznacza, że siła przyciągająca do siebie atomy słabnie poprzez przestrzeń proporcjonalnie do r⁻⁶, siła odpychająca natomiast słabnie proporcjonalnie do r⁻¹², gdzie r wyznacza odległość pomiędzy atomam

Siły Van der Waalsa są to oddziłąywania elektrostatyczne, występują one między cząsteczkami dipolowymi czyli takimi, które są scharakteryzowane poprzez nierównomierny rozkłąd ładunku, bądź też między cząsteczkami, którymi wystąpiła chwilowa asymetria ładunku. Energię tego wiązania opisuje potencjał o wykładnikach 6 i 12. Siły przyciągające są proporcjonalne do r^-6 a odpychające r^-12.

a) oddziaływania jon-jon (elektrostatyczne) - zachodzą między dwiema różnoimiennie naładowanymi cząsteczkami;

 

b) wiązania wodorowe - tworzą się, gdy atom wodoru z cząstkowym ładunkiem dodatnim jest współdzielony przez dwie cząsteczki, które posiadają atomy z cząstkowym ładunkiem ujemnym; wiązania wodorowe, jeśli występują w obrębie jednej cząsteczki, są często traktowane jak słabe wiązanie chemiczne; jeśli jednak wiąże ono dwie lub więcej cząsteczek, można je traktować jako oddziaływanie międzycząsteczkowe;
 

c) oddziaływania trwały dipol - trwały dipol - tworzą się między cząsteczkami posiadającymi trwałe momenty dipolowe; cząsteczki takie posiadają w jednych miejscach nadmiar ładunku ujemnego, a w innych jego niedomiar; oddziałują one ze sobą tak jak jony - tyle, że oddziaływanie to jest słabsze, gdyż w grę wchodzą cząstkowe, a nie całkowite ładunki elektryczne, a także przyciąganiu pomiędzy ładunkami różnoimiennymi towarzyszy zawsze odpychanie pomiędzy ładunkami jednoimiennymi;

Wiązanie kowalencyjne- rodzajem wiązania kowalencyjnego jest istnienie pary elektronów, które są współdzielone w porównywalnym stopniu przez oba atomy tworzące te wiązania.
 

Energia wiązania - energia potrzebna do rozdzielenia układu na jego elementy składowe i oddalenia ich od siebie tak, by przestały ze sobą oddziaływać.

W przypadku cząsteczki chemicznej całkowita energia wiązania jest energią potrzebną do rozbicia izolowanej cząsteczki na swobodne atomy;

 

Bimetal - trwale połączone na całej powierzchni styku elementy z dwóch różnych pod względem właściwości fizykochemicznych metali lub stopów.

Metale rozszerzają się pod wpływem wzrostu temperatury, jednak każdy metal w innym stopniu.

Fakt niejednakowego rozszerzania się metali wykorzystuje się do produkcji czujników automatycznego regulowania temperatury.

Czujniki te stosowane są między innymi w pralkach, lodówkach, żelazkach lub kuchenkach elektrycznych.

Miarą wielkości sił wiążących atomy w krysztale jest energia wiązania, czyli minimalna energia

potrzebna do rozdzielenia kryształu na swobodne atomy. Wyraża się ją w eV/atom lub w J/mol.

Energia ta zawiera się w bardzo szerokich granicach od 0.02 eV/atom dla neonu (temperatura

topnienia 249°C) do 8.9 eV/atom dla wolframu (temperatura topnienia - 3370°C). Dla kryształów

jonowych może być większa.

Energia wiązania wynika z wypadkowego przyciągania elektrostatycznego. Ta energia jest większa od energii zużytej na przeniesienie elektronów (utworzenie jonów).

Wiązanie jonowe nie ma wyróżnionego kierunku (sferycznie symetryczne zamknięte powłoki). Jony są ułożone jak gęsto upakowane kulki.

pkt.2 dokończyć^

ROZSZERZALNOŚĆ LINIOWA

Rozszerzalność temperaturowa ciał - definicja
Rozszerzalnością temperaturową (cieplną, termiczną) ciał nazywamy zjawisko zmiany objętości ciał wraz ze zmianami temperatury. Powyższa definicja obejmuje całe pojęcie rozszerzalności temperaturowej, natomiast w tym podrozdziale zajmiemy się w szczególności rozszerzalnością liniową, która polega na zmianie długości ciała wraz ze zmianą temperatury.

Wprowadzamy teraz kilka oznaczeń: l0 - długość początkowa ciała w temperaturze t0, l- długość końcowa ciała w temperaturze t. Jeśli różnica temperatur Δt nie jest duża (kilkadziesiąt stopni) to można przyjąć, że przyrost długości Δl jest proporcjonalny do przyrostu temperatury i długości początkowej:

Δl = αl0Δt

Przekształcając powyższe równianie możemy znaleźć wyrażanie określające długość końcową po ogrzaniu o Δt:

l = l0(1+αΔt)

Współczynnik proporcjonalności α ze wzoru nosi nazwę średniego współczynnika rozszerzalności liniowej w granicach temperatur od t0 do t:

α = (l _ l0) / (l0Δt)

Ułamek ten oznacza o jaką część długości początkowej wzrasta średnio długość danego ciała po ogrzaniu o 1K w granicach temperatur od t0 do t. Jednostką średniego współczynnika rozszerzalności liniowej jest K _1

Powrót do góry strony.   

ROZSZERZALNOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA

Zjawisko cieplnej rozszerzalności objętościowej występuje we wszystkich ciałach, niezależnie od ich stanu skupienia. W tym podrozdziale omówiona zostanie rozszerzalność objętościowa ciał stałych i cieczy. Rozszerzalność objętościową ciała w granicach temperatur t0 i t charakteryzuje wartość średniego współczynnika rozszerzalności objętościowej γ:

γ = (V _ V0) / (V0Δt)

gdzie V0 oznacza objętość w temperaturze t0, V - objętość w temperaturze t. 
Z powyższego równania wynika, że:

V = V0(1 + γΔt)

Wartość średniego współczynnika rozszerzalności objętościowej wyraża, o jaką część objętości pierwotnej zwiększa się średnio objętość danego ciała przy wzroście temperatury o 1K w granicach temperatur od t0 do t

W przypadku ciał stałych jednorodnych i izotropowych istnieje określona zależność między wartościami współczynników α i γ. Weźmy pod uwagę sześcian o krawędzi l0 w temperaturze 0oC z materiału jednorodnego i izotropowego. Jego objętość początkowa:

V0 = l03

Po ogrzaniu do temperatury t, czyli o Δt, nowa długość krawędzi l będzie wynosiła:

l = l0(1 + αΔt)

a zatem objętość V po ogrzaniu:

V = l03(1+αΔt)

Pamiętajmy, że aktualna jest zależność:

V = V0(1+Δt)

Gdy porównamy prawe strony obu równań otrzymujemy

V0(1+γΔt) = l03(1+3αΔt + 3α_2Δt2 + α_3Δt3)

Uwzględniając, że V0 = l03 oraz zauważając, że wyrażenia z α_2 i α_3 są bardzo małe otrzymujemy przybliżoną zależność:

γ ≈ 3α

Zależność między współczynnikami

Współczynnik rozszerzalności objętościowej substancji można wyznaczyć znając współczynnik rozszerzalności liniowej tej substancji. Na przykład dla substancji izotropowej objętość sześciennego ciała można zapisać

gdzie l jest długością krawędzi sześcianu. Wykorzystując wzór na przyrost długości, wzór ten można wyrazić w postaci

gdzie V(t) jest objętością sześcianu po podniesieniu jego temperatury o t a V0 jest początkową objętością tego sześcianu. Ponieważ współczynnik α jest bardzo małą liczbą, jego wyższe potęgi są jeszcze dużo mniejsze i można je pominąć. Wówczas zależność objętości od temperatury przybiera postać

skąd wynika, że

!!!!!!!!!!!!!!!!!

Dla substancji anizotropowych związek ten jest trochę bardziej złożony, ponieważ zależy od stopnia anizotropii.

Termostat

Termostaty są podstawowymi elementami automatyki stosowanej w chłodnictwie i

klimatyzacji. Ich zadaniem jest, na podstawie pomiaru temperatury włączać lub/i wyłączać urządzenia.

W instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych najczęściej sterują one pracą sprężarki oraz

wentylatora.

Początkowo stosowane były jedynie termostaty mechaniczne, w których zmiana temperatury

powoduje zmianę ciśnienia. A ciśnienie z kolei powoduje zmianę położenia trzpienia, który łączy raz

jedne raz drugie styki. Budowa tego typu termostatów wymaga, aby termostat znajdował się albo w

pomieszczeniu, w którym mierzy się temperaturę, aby w niewielkiej odległości - istnieje możliwość

podłączenia rurki kapilarnej ze zbiorniczkiem na końcu. Odległość jest ograniczona ze względu na

fakt, że pomiar będzie zakłamany jeśli dłuższa część kapilary będzie miała inną temperaturę niż

temperatura mierzona. Tego typu urządzenia są w powszechnym użytku do dziś, a wszyscy

producenci automatyki chłodniczej mają je w swojej ofercie.

W raz z rozwojem elektroniki, pojawiły się termostaty elektroniczne. Początkowo dość drogie

w chwili obecnej, w niektórych przypadkach tańsze niż mechaniczne. Ich główną zaletą, w

porównaniu z termostatem mechanicznym jest fakt, że pomiar temperatury może być oddalony od

jednostki wykonawczej. Termostaty elektroniczne zbudowane są z jednostki głównej oraz z czujnika

temperatury. Jednostka główna oprócz przyłącza dla czujnika posiada przyłącze dla obsługiwanego

urządzenia (lub kilku urządzeń). Termostaty elektroniczne mają możliwość sterowania kilkoma

urządzeniami. Dostępne na rynku termostaty współpracują z takimi czujnikami jak NTC, PTC, Pt, czy

termoparami wszystkich typów.

W dużych instalacjach chłodniczych funkcja termostatów realizowana jest w jeszcze inny

sposób. Systemy centralne połączone są interfejsem komunikacyjnym z czujnikiem temperatury i na

podstawie zaprogramowanej wartości, uruchamiają bądź wyłączają urządzenia także poprzez interfejs

komunikacyjny.

Termostat - urządzenie lub element urządzenia utrzymujący ("-stat") zadaną temperaturę ("termo-") poprzez aktywne działanie. Czasami nazwa rozciągana jest też na urządzenia o charakterze biernym utrzymujące temperaturę dzięki dobrej izolacji cieplnej np. termos lub naczynie Dewaralub wykorzystujące zjawiska przebiegające w określonych temperaturach np. łaźnia wodna.

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 - urządzenie jest automatycznym zaworem otwierającym się w wyniku wzrostu temperatury, umieszczanym w odpływie czynnika chłodzącego z bloku silnika do chłodnicy

układ sterujący klimatyzatora,

układ sterujący pracą chłodziarki (lodówki), zamrażarki,

układ sterujący pracą grzałki akwarystycznej.

Jak działa głowica termostatyczna?

Wewnątrz głowicy termostatycznej znajduje się sprężysty mieszek wypełniony cieczą o dużej rozszerzalności cieplnej, reagującej na zmiany temperatury otoczenia. Wraz ze wzrostem temperatury w pomieszczeniu wzrasta ciśnienie i objętość cieczy wewnątrz mieszka, co powoduje jego nacisk na popychacz głowicy. Siła nacisku popychacza jest wystarczająco duża, aby pokonać opór sprężyny i napierając na trzpień zaworu termostatycznego, spowodować jego zamknięcie. W chwili, gdy temperatura w pomieszczeniu spada, zmniejsza się również ciśnienie i objętość cieczy w mieszku, spada jego nacisk na sprężynę, co powoduje otwarcie zaworu termostatycznego, zwiększenie przepływu wody w grzejniku i wzrost temperatury otoczenia. Należy zwrócić uwagę na oznaczenia umieszczone na głowicy termostatycznej. Żądaną temperaturę uzyskuje się poprzez ustawienie odpowiedniej wartości na pokrętle głowicy, odpowiadającej temperaturze pomieszczenia w zakresie np. od 6 °C do 28°C.

Budowa zaworu z zamontowaną głowicą 1. Pokrętło nastawy 2. Czujnik cieczowy 3. Trzpień bezpiecznika 4. Złączka R 1/2 5. Dławik zaworu 6. Sprężyna powrotna 7. Grzybek zaworu 8. Korpus zaworu 9. Złączka zaciskowa 16x2 PEX

Pierwsze ustawienie prawie zawsze oznaczone jest gwiazdką (śnieżynką). Mogłoby się wydawać, że oznacza całkowite wyłączenie ogrzewania i zamknięcie zaworu. Tymczasem jest inaczej — to ustawienie oznacza zabezpieczenie przed zamarzaniem. Głowica przy tym ustawieniu będzie regulować pracą grzejnika tak, by temperatura w pomieszczeniu nie spadła poniżej 6°C. Podobnie przy każdym innym ustawieniu termostatu.
W zależności od producenta i modelu, kolejne ustawienia mogą się różnić. Przykładowo Głowica Valvex typ GZ.05, GZ.05A posiada następujące tryby pracy:
* - zabezpieczenie przed zamarznięciem 6 oC 
1 - klatki schodowej i wiatrołapu, z temperaturą 11°C,
2 - korytarza, pokoju do uprawiania hobby (np. pracowni) 16°C, 
3 - pokoju mieszkalnego i jadalni 20°C,
4 - łazienki 24°C,
5 - basenu 28°C.
Pomiędzy poszczególnymi punktami umieszczone są kropki lub kreski ułatwiające wybór temperatury pośredniej, np. nocnego obniżenia temperatury do 18°C (mniej więcej w połowie między punktem 2 i 3).

http://www.youtube.com/watch?v=uHc3RiXXLiE

Termostaty

Termostat to część układu chłodzenia, występująca w tłokowym silniku spalinowym, która w zależności od temperatury cieczy chłodzącej kieruje jej strumień do tzw. „małego” lub „dużego” obiegu.

Najczęstszymi tworzywami wykorzystywanymi do budowytermostatu są mieszki wypełnione substancją o niskiej temperaturze wrzenia lub ciecze o dużej rozszerzalności cieplnej oraz substancje zmieniające objętość przy topnieniu.

Żeby wytłumaczyć rolę termostatu w samochodzie, należy najpierw wytłumaczyć, że w układzie chłodzenia jednostki napędowej możemy wyróżnić dwa obiegi przepływu cieczy. W sytuacji gdy jednostka napędowa jest zimna, ciecz chłodząca krąży w tzw. „małym” obiegu, który tworzy blok silnika i nagrzewnica. Gdy ciecz osiągnie właściwą temperaturę, krąży w tzw. „dużym” obiegu, który składa się z małego obiegu, a także chłodnicy, pompy, zbiornika wyrównawczego, termostatu i przewodów łączących.

Tak więc innymi słowy, termostat jest rodzajem zaworu, który czuwa nad temperaturą pracy silnika. Jego główną funkcją jest przełączanie przepływu cieczy chłodzącej z obiegu małego na duży, gdy jej temperatura przekroczy określoną wartość. Warto zaznaczyć, że termostat to element nienaprawialny, i w przypadku usterki trzeba go wymienić na nowy. Aby sprawdzić poprawność działania termostatu nie trzeba się natrudzić, wymaga to jednak wymontowania go z układu.

Co do usterek termostatu to można powiedzieć, że jest on prostym elementem układu chłodzenia, ale mając na uwadze funkcję, którą pełni, jego awaria może przysporzyć sporych kłopotów. Uszkodzony w pozycji zamkniętej praktycznie natychmiast uniemożliwia jazdę, natomiast gdy jest cały czas otwarty, znacznie ogranicza komfort jazdy.

Uszkodzenie termostatu w pozycji zamkniętej można bardzo łatwo zauważyć. Sygnałem początkowym jest charakterystyczne, bardzo szybkie wędrowanie wskazówki temperatury na czerwone pole. Radzimy nie lekceważyć tego sygnału, bowiem to, kiedy pojawią się obłoki dymu i zatrzemy silnik jest tylko kwestią czasu.

def . 1 Wyłącznik (włącznik) bimetaliczny jest jednym z elementów obwodu elektrycznego w :żelazku,czjniku elektrycznym,bojlerze,i.t.p.
Jeśli temperatura w urządzeniu wzrasta bimetal się wygina i powtaje przerwa w dopływie prądu.Urządzenie się o chładza i bimetal wraca do pierwotnego kształtu zamykając jednocześnie obwód elektryczny.Cykl się powtarza.

def. 2 największe zastosowania bimetali są w wyłącznikach bimetalicznych we wszelkiego rodzaju termostatach, czyli urządzeniach regulujących temperaturę ( żelazka, kuchenki, pralki )
Np w żelazku elektrycznym jest wyłącznik bimetaliczny> Przy nastawieniu na odpowiednią temperaturę
podczas ogrzewania się żelazka następuje wygięcie bimetalu , tak, że zostaje przerwany obwód prądu elektrycznego. Po chwili jak się urządzenie oziębi...bimetal zaczyna się powoli rozprostowywać i znowu obwód elektryczny zostaje zamknięty..a płynący prąd ponownie nagrzewa np żelazko 
itp.:)

Dylatometr, przyrząd służący do badania rozszerzalności cieplnej ciał stałych i cieczy. Istnieją dylatometry mechaniczne (ze śrubą mikrometryczną), interferencyjne (umożliwiające pomiar bezwzględny z dokładnością do 0,02 µm), mikroskopowe (wykorzystujące komperator) i względne (np. kwarcowy dylatometr różnicowy).

Czujnik zegarowy

Budowa czujnika zegarowego:
1 - Uchwyt do podnoszenia i opuszczania trzpienia pomiarowego
2 - Pierścień do ustawiania tarczy
3 - Mała wskazówka [mm]
4 - Ustawne wskaźniki tolerancji
5 - Duża wskazówka
6 - Obudowa
7 - Tuleja trzpienia
8 - Trzpień pomiarowy
9 - Końcówka pomiarowa
10 - Podziałka pomocnicza [mm]

Czujnik zegarowy - urządzenie pomiarowe, na którego podzielni znajduje się podziałka rozmieszczona na okręgu, tak jak w tradycyjnym zegarku. Czujniki zegarowe wyposażone są najczęściej w przekładnię zębatą, a ich wskazówka wykonuje kilka obrotów w całym zakresie pomiarowym.

Najczęściej spotykane są znormalizowane czujniki zębate zegarowe wykonane według normy DIN czy PN. Obwód podzielni takiego czujnika jest podzielony na 100 równych części, z których każda odpowiada przesunięciu się końcówki pomiarowej o 0,01 mm. Wartość działki elementarnej wynosi 0,01 mm, natomiast zakres pomiarowy 0 - 10 mm. Dopuszczalne błędy zawierają się od 0,5 działki w zakresie ±10 działek do 2 działek w całym zakresie.

Zastosowanie

Czujniki zegarowe znalazły szerokie zastosowanie w pracach warsztatowych do pomiarów średniej dokładności, wówczas gdy inne przyrządy pomiarowe nie zapewniają wymaganej dokładności. Wykorzystywane są także w produkcji przy kontroli wymiarów, do ustawienia obrabianych przedmiotów i narzędzi na obrabiarkach oraz do sprawdzania maszyn (pomiary odchyłek kształtu i położenia).

Czujniki.

Posługujemy się nimi w celu porównania wymiarów badanych części z wymiarami wzorca.
W korpusie czujnika znajdują się podzielnia, którą można obracać ustawiając w dowolnym położeniu, wskazówka, końcówka pomiarowa, wskaźniki tolerancji nastawiane na odchyłki górną i dolną koło zębate, trzpień stanowiący zębatkę zazębiającą się z kołem zębatym zakończony końcówką pomiarową. Sprężyna utrzymuje trzpień i końcówkę pomiarową w stałym położeniu i eliminuje luz między zębami zębatki a koła.
Obwód podzielni jest podzielony na 100 równych działek, z której każda odpowiada przesunięciu się końcówki pomiarowej o 0,0l mm. Czujniki często są wyposażone w dodatkową podziałkę i małą wskazówkę, której obrót o jedną działkę odpowiada jednemu pełnemu obrotowi wskazówki większej.

Teoria cieplika

Cieplik (termin wprowadzony przez Jędrzeja Śniadeckiego jako tłumaczenie fr. calorique^[1]) - według przekonań uczonych przełomu XVIII i XIX w. niezniszczalny i nieważki fluidciepła.

Około 1750 Joseph Black wyraźnie odróżnił pojęcie ilości ciepła od temperatury. Zmierzył on ciepło, zużywane przy ogrzewaniu wody i topnieniu lodu. Black wprowadził wielkość zwaną obecnie "ciepłem właściwym" i próbował interpretować ciepło jako pewien fluid, który bez żadnych strat przechodzi od ciał gorących do zimnych. Ten fluid nazwano wkrótce "cieplikiem"^[2].

W 1789 Lavoisier umieścił go na liście pierwiastków razem ze światłem (świetlikiem według Śniadeckiego).

Cieplik odróżnić należy od innego fluidu osiemnastowiecznej nauki, flogistonu^[3].

W 1798 fizyk Rumford przy okazji nadzorowania wiercenia lufy działa eksperymentalnie zmierzył ilość ciepła wytwarzaną przez parę koni^[4] co przekonało zwolenników teorii do uznania "nieważkości" fluidu. Sam eksperymentator nie wyciągnął z doświadczenia należytych wniosków. W 1799 Humphrey Davy probował zakwestionować teorię cieplika dokonując stopienia dwóch kawałków lodu pocierając je o siebie i spowodował stopienie wosku w próżni. Eksperyment ten był jednak obarczony błędami i również nie wywarł spodziewanego wpływu na rozwój nauki^[5].

Zwolennikiem tej teorii był uczony John Dalton. Tłumaczyła ona obserwowane zjawiska, stopniowo jednak wychodziły na jaw jej ograniczenia. Ciepło jest tylko sposobem przekazywania energii^[6].

W 1824 Nicolas Carnot w oparciu o teorię cieplika sformułował zasadę działania silników cieplnych. Pracę tę rozwinął Benoît Clapeyron w 1834.

W 1842 Julius Robert von Mayer wprowadził określenie mechanicznego równoważnika ciepła. James Prescott Joule w badaniach prowadzonych od 1839 wyznaczył w 1842wartość tego równoważnika, prace kontynuował do 1878^[7]. Dzięki pracom takich uczonych jak Hermann von Helmholtz, William Thomson i Rudolf Clausius zasadę zachowania cieplika zastąpiła zasada zachowania energii, uznawana przez naukę do dziś (z pewną modyfikacją wynikającą z równoważności masy i energii).

Termodynamiki zasady

Termodynamiki zasady, podstawowe prawa przyrody rządzące procesami zachodzącymi w układach termodynamicznych:

1) pierwsza zasada termodynamiki - zmiana energii wewnętrznej układu równa jest sumie ciepła dostarczonego do układu i pracy wykonanej nad układem. Zasada ta, równoważna zasadzie zachowania energii, w zarysach sformułowana została w 1842 przez J.R. Mayera, uściślona zaś w 1847 przez H.L.F. de Helmholtza.

2) druga zasada termodynamiki - istnieje entropia będąca funkcją stanu układu, stałą w odwracalnych procesach adiabatycznych i rosnącą we wszystkich innych. Zasadę tę, zgodnie z którą kierunek wzrostu entropii może służyć do formalnego wyróżnienia kierunku upływu czasu (wszystkie inne prawa fizyki klasycznej nie ulegają zmianie przy zamianie przyszłości z przeszłością), podał w 1850 R.J.E. Clausius, a uściślił w 1851 Kelvin lord of Largs.

3) trzecia zasada termodynamiki - entropia układu o ustalonych parametrach (np. o stałym ciśnieniu lub objętości) i temperaturze zmierzającej do zera bezwzględnego zmierza również do zera. Zasadę tę, pozwalającą obliczyć bezwzględną wartość entropii (określanej przedtem tylko z dokładnością do stałej), podał w 1906 W.H. Nernst (tzw. twierdzenie Nernsta).

Niekiedy nazwą czwartej zasady termodynamiki określa się twierdzenie Onsagera, a za zasadę tzw. zerową uznaje się twierdzenie głoszące, że dwa ciała będące w równowadze termodynamicznej z pewnym układem są w równowadze termodynamicznej ze sobą.

Joule'a doświadczenia, fiz. jedne z pierwszych doświadczeń, które doprowadziły do sformułowania podstaw termodynamiki:

1) doświadczenie z rozprężaniem gazu w próżni bez wymiany energii z otoczeniem i bez wykonania pracy mech.; temp. po rozprężeniu pozostaje taka jak na początku doświadczenia, z czego można wywnioskować, że energia wewn. gazu zależy tylko od temperatury; wniosek ten jest prawidłowy tylko dla gazu doskonałego; 2) doświadczenie, w którym mierzono równoważnik mechaniczny ciepła, polegające na mieszaniu obrotowymi łopatkami wody w kalorymetrze; wyniki tego doświadczenia stały się dowodem równoważności 2 form przekazywania energii — na sposób ciepła i na sposób pracy.

Kaloria

Kaloria (łac. calor - ciepło) - historyczna jednostka ciepła, obecnie gdy ciepło jest utożsamiane z energią, jest pozaukładową jednostką energii (skrót cal); często używana jest jednostka wielokrotna kilokaloria (skrót kcal); 1 kcal = 1000 cal. Megakaloria (milion kalorii, skrót Mcal) nosiła kiedyś osobną nazwę "termia" (skrót th, od gr. thermos - ciepły).

Kaloria

Dawniej definiowana jako ilość ciepła potrzebna do podgrzania, pod ciśnieniem 1 atmosfery, 1 g czystej chemicznie wody o 1 °C od temperatury 14,5 °C do 15,5 °C.

1 cal = 4,1855 J

W 1929 roku wprowadzono kalorię międzynarodową (obecnie używany w fizyce przelicznik):

1 cal = 4,1868 J

Istnieje jeszcze kaloria termochemiczna:

1 cal = 4,184 J

W chłodnictwie używana jest jednostka ciepła o nazwie frygoria bądź frigoria (fg), która jest równa co do wartości kalorii międzynarodowej. Nazwa pochodzi od łac. frigidus - 'zimny' z frigere 'stygnąć, marznąć'.

Jednostką ciepła w układzie SI jest dżul J.

Ciepło i praca

Ciepło jest energią, która przepływa z jednego ciała do drugiego w wyniku istnienia różnicy

temperatur między nimi. Praca jest energią, która jest przekazywane z jednego układu do drugiego w taki sposób, że nie wymaga to bezpośredniego istnienia różnicy temperatur. Wielkość Q (ciepło) i W (praca) są wielkościami, które nie charakteryzują stanu równowagi układu, wiążą się natomiast z procesami oddziaływania układu z otoczeniem, czyli z procesami nazywanymi procesami termodynamicznymi.

Teoria kinetyczno-cząsteczkowa gazów

Gaz doskonały

1. Gaz składa się z cząstek, które można traktować jak punkty materialne.

2. Cząstki poruszają się chaotycznie i podlegają zasadą dynamiki Newtona.

3. Całkowita cząstek jest bardzo duża.

4. Objętość cząstek jest tak małą częścią objętości zajmowanej przez

gaz, że można ją pominąć.

5. Poza momentem zderzeń na cząstkę nie działają żadne siły.

6. Zderzenia są sprężyste, a czas ich trwania można pominąć.

9

---