8/9/2019 05. Htguls

1/3

5. Htguls

A hmrsklet a testek hllapota. rzkszerveinkkel is rzkeljk a hmrskletvltozst, de az nem pontos.E fizikai mennyisg bevezetshez a testek hllapottl fgg fizikai jellemzk megvltozst hasznljuk fel:halmazllapot, vezetkpessg, trfogat,stb. Teht ez nem egy konkrt dolog, hanem egy kijellt ponthozviszonytott mrtkegysg. Jele: T. Mrshez hmrskleti sklkat hasznlunk. Nevket a kitalliktl

kaptk.Celsius-skla:

A vz fagypontja, illetve a forrspontja a viszonytsi alap.Me.: C

Kelvin-skla vagy abszolt hmrskleti skla:A termszetben elfordul legalacsonyabb hmrsklet a viszonytsi alap.Me.: K

tvlts: T(K)=T(C)+273,15

Ms sklk is vannak. Pl.: Fahrenheit (F), Raumur (R).

A hmrskletet hmrvel mrjk. Ennek van hagyomnyos, s digitlis formja. A hagyomnyos, higanyosvagy alkoholos hmr az anyagok htgulst hasznlja ki.

A htguls, amikor valamely anyag h hatsra mrett megvltoztatja.

A digitlis hmrk termisztoron, vagy termoelemen alapulhatnak. A termisztorok a flvezetk nvekvhmrsklet hatsra bekvetkez ellenlls cskkenst hasznljk ki. A termoelemek kt sszeforrasztottfmbl llnak. A kt fm kztt hmrskletvltozs hatsra feszltsg keletkezik. Extrmebb hmrskletekmrsre piromtert szoktak alkalmazni. Mkdse a feketetest-sugrzson alapul. (Egy trgy ltal kibocstott

elektromgneses hullmok hullmhossza s intenzitsa a hmrsklettl fgg.) Fnyt (pl. infra) bocsjt ki atestre, s a visszaverd fny intenzitsa alapjn kvetkeztet a hmrskletre. gy tvolrl is lehet hmrskletetmrni.

Mg rengeteg dolog alapjn lehet hmrskletet mrni (pl. bimetl lemez elhajlsa).

Az els hmrt Galilei ksztette (~1600). Egy gz htgulsa mozgatott egy vzoszlopot, de a klslgnyoms vltozsa miatt pontatlan volt. 1700 krl Guillaume Amontons a gz helyett higanyt alkalmazott,majd Olaf Rmer feltallta az alkoholos megoldst. Vgl Fahrenheit visszatrt a higanyhoz, mert a htgulsaegyenletesebb, s tkletestette a hmrt.

A hmennyisg kt test kztt kzvetlenl tadott energia mennyisge. Mivel energia, ezrt mrtkegysgejoule [J] (W=F*s). Jele: Q. Q=c*m*T

8/9/2019 05. Htguls

2/3

A htguls lehet lineris (1D), terleti (2D), s trfogati (3D). Tovbb halmazllapot szerint is sztvlasztjukket: szilrd, folyadk, gz.

l hosszl0 kezd hossz, htgulsi egytthat

Szilrd Folyadk GzLineris

l = l0**Tl=l*l0=l0*(1+*T)

nincs nincs

TerletiA = A0*2*TA=A0*(1+2*T)=2

nincs nincs

Trfogati V = V0*3*TV=V0*(1+3*T)=3

V = V0*3*TV=V0*(1+3*T)=3

ua., mint a szilrd

llapotjelzk: p,V,T,m.V0 0C-on mrt V

(Gztrvnyek)

A htgulsi egytthat ( s ) az anyagra jellemz lland. Ez a htgulshoz hasonlan lehet lineris-,terleti-, s trfogati-htgulsi egytthat. Ennek rtke a relatv hossz/terlet/trfogat vltozst adja meg: l /l0; A / A0; V / V0.

Alkalmazsok:

A szilrd testek htgulsnak szmos gyakorlati vonatkozsa van. Rgebben a vasti s a villamossnszakaszok kztt hzagokat vagy hosszanti hastkokat hagytak a szabad tguls biztostsra. jabban asneket sszehegesztik, s betontalpakhoz rgztik. Ez utbbiak kpesek ellenllni a snek hosszvltozsakorfellp erknek.

A vashidak egyik vge grgkn nyugszik, hogy a hd alakja a htguls kzben ne vltozzon.vegekbe, s betonba csak egytt tgul, vagyis azonos htgulsi egytthatj fmek gyazhatk (pl.vasbeton).

A kt klnbz vonalas htgulsi egytthatj fmszalag (bimetall, ikerfm) a hmrsklet-vltozssalarnyos mrtkben meggrbl. Ez alapjn mkdnek a hmrskletet regisztrl termogrfok, s az elektromosramkrket be-vagy kikapcsol jelfogk. s a fentebb rszletezett hmrk tbbsge.

A vz rendellenes viselkedseA vz nem kveti a folyadkokra ltalban rvnyes trfogati htgulsi trvnyt. Fajlagos trfogata +4C-on alegkisebb, srsge pedig a legnagyobb. Ennek igen nagy jelentsge van a termszetben. Az szi lehlssorn, +4C-ig a tavak felsznnek srsge nvekszik, s a vzrteg lesllyed. Ez mindaddig tart, amg a teljesvzmennyisg el nem ri a +4C-os hmrskletet, illetve a maximlis srsget. A tovbbi lehls sorn, 0C-ig csak a felszni vzrteg srsge cskken, nem sllyed le, majd megfagy. A keletkez jg rossz hvezetlvn-megakadlyozza a nagyobb tavak s folyk teljes befagyst, s gy a vzi llnyek nem pusztulnak el.

A fagyskor tgul (nvekv trfogat) vz sztrepeszti a vele tlttt ednyt, a vzvezetket s a sejtmembrnt.A vznek fagyskor bekvetkez trfogat-nvekedse igen nagy jelentsg a fldfelszn alakulsban: akzetek repedseiben s prusaiban trolt vz megfagyva sztfeszti a sziklkat. A talajban a vltakoz olvads-

fagys egyrszt a lejts irnyban talajfolyst okoz, msrszt szttpi a nvnyek gyengbb gykrzett. Atavasszal meleged jg trfogat-nvekedse folytn rombol hats, s a tavak jege a partra tolul.

A vzhez hasonlan viselkedik a lehl ntttvas, s ezrt jl kitlti az ntformt.

8/9/2019 05. Htguls

3/3

Ksrletek:

I. Emeltys piromter

Az l= lo (1+a.T) lineris htgulsi trvny ksrleti igazolshoz legalbb ktfle anyagbl kszlt, hrom-hrom klnbz hosszsg fmrd hosszvltozst kell mrnnk a hmrsklet fggvnyben. A ksrletelvgzshez alkalmas eszkz az emeltys piromter: tbb klnbz anyagbl szlt fmrd egyik vgergztett, a msik vg tllg a falon. A melegts hatsra a hosszvltozst a szabad vghez csatol mrrnlehet leolvasni. A klnbz fmrudak klnbz mrtkben tgulnak, amint az leolvashat a mrmszerrl,vagyis eltr a htgulsuk. A mrsi eredmnyek alapjn grafikonon brzolva- a rudak hossza linerisan na hmrsklet fggvnyben. Az egyenesek meredeksge a fm anyagra jellemz lineris htgulsiegytthatt adjk.

II. Gravesande gyr

A szilrd testek trfogati htgulsnak bemutatsra szolgl a Gravesande-gyr, ami egy nylre szereltsrgarz gyrbl s egy vkony lnccal nylre fggesztett srgarz golybl ll. A gyr krnylsa pontosanakkora hogy a goly ppen tfr rajta. Ha a golyt felmelegtjk, kitgul, amit szemlletesen bizonyt, hogy gymr nem fr t a gyrn. Melegtsk meg a gyrt is a lngban A felmelegtett gyr nylsn a meleg rzgoly

is tfr, bizonytva ezzel, hogy a szilrd testek bels regei melegts hatsra ugyangy tgulnak, mintha azreget is anyag tlten ki.