Seuraa 
Viestejä29
Liittynyt31.12.2013

Kysymys kuuluu: Onko aineen lämpölaajeneminen nestemäisenä yhtä suuri kuin kiinteänä ?
Vesi on huono esimerkki, koska se on muutenkin hyvin erikoinen, mutta otetaan jokin muu aine, jolla on selkeästi kiinteä-nestemäinen-kaasumainen olomuodot.
Nestemäinen olomuotohan selitetään niin, että atomit pääsee liukumaan toistensa ohi. Kiinteässä ne jumittaa paikallaan.

Sivut

Kommentit (17)

Haamu
Seuraa 
Viestejä634
Liittynyt11.1.2012

Penttinen kirjoitti:
Kysymys kuuluu: Onko aineen lämpölaajeneminen nestemäisenä yhtä suuri kuin kiinteänä ?
Ei ole. Kiinteässä aineessa lämpölaajenemista rajoittaa aineen kiderakenne. Nesteessä tuollaisia rajoittavia sidoksia on vähemmän ja siten laajeneminen suurempaa kuin kiinteillä aineilla. Edelleen kaasut liikkuvat vielä vapaammin, ja lämpölaajeneminen on siten suurinta kaasuilla.

Penttinen
Seuraa 
Viestejä29
Liittynyt31.12.2013

Voisiko tällöin olettaa, että kiinteän aineen ominaislämpökapasiteetti on vähäisempi kuin nesteen, noin niinkuin pääpiirrteittäin?

Tarkkaan katsoen on erikoista, että joillakin aineilla ominaislämpökapasiteetti ei muutu lineaarisesti lämpötilan kanssa, vaan esim. vedellä se on pienin 38 C asteen paikkeilla. 

o_turunen
Seuraa 
Viestejä13984
Liittynyt16.3.2005

Raudalla lämpölaajeneminen tapahtuu  1185 K tienoilla.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi. Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

ovolo
Seuraa 
Viestejä6119
Liittynyt7.7.2007

Mihin kategoriaan luokitellaan vaha, jota käytetään vedellä toimivien lämpöpattereiden ja termostaattihanojen lämmönsäädössä. Niillä lienee melko iso lämpölaajenemiskerroin?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä29582
Liittynyt16.3.2005

Penttinen kirjoitti:
Voisiko tällöin olettaa, että kiinteän aineen ominaislämpökapasiteetti on vähäisempi kuin nesteen, noin niinkuin pääpiirrteittäin?

En tiedä onko noin, mutta nesteellä on rotaatiovapausasteita, jotka puuttuvat kiinteältä aineelta. Ne lisäävät lämpökapasitettia.

Lainaus:
Tarkkaan katsoen on erikoista, että joillakin aineilla ominaislämpökapasiteetti ei muutu lineaarisesti lämpötilan kanssa, vaan esim. vedellä se on pienin 38 C asteen paikkeilla. 

Ei se ole ollenkaan erikoista. Nuo lämpölaajeneminen ja ominaislämpökapasiteetti riippuvat monimutkaisista ja epälineaarisista kvanttimekaanisista ilmiöistä. Niitä pidetään lineaarisena ainoastaan laskennan helpottamiseksi. Jos pitää laskea isolla lämpötila-alueella, esimerkiksi metallin sulattamiseen kuluvaa energiaa, on syytä selvittää miten suureet käyttäytyvät koko kyseisellä alueella, eikä vain katsoa normaalitilan arvoja ja sijoittaa niitä koulukirjakaavaan. Jatkuvan epälineaarisuuden lisäksi saattaa ilmetä faasimuutoksia joissain oloissa.

miilu
Seuraa 
Viestejä730
Liittynyt25.1.2011

ovolo kirjoitti:
Mihin kategoriaan luokitellaan vaha, jota käytetään vedellä toimivien lämpöpattereiden ja termostaattihanojen lämmönsäädössä. Niillä lienee melko iso lämpölaajenemiskerroin?

Amorfisilla aineilla ei ole varsinaista sulamispistettä.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä29582
Liittynyt16.3.2005

Aineen atomit värähtelevät tasapainoasemiensa ympärillä. Värähtelyn amplitudi (joka liittyy energiaan) on sitä suurempi mitä korkeampi lämpötila on. Värähtelyyn liittyvä potentiaali on epäsymmetrinen, lähellä toista atomia hylkimisvoima kasvaa nopeammin kuin vetovoima etäännyttäessä. Silloin amplitudin kasvaessa atomit ovat keskimäärin vähän pitemmän ajan kauempana tasapainoasemistaan eli niiden keskimääräinen välimatka kasvaa. Seurauksena kiinteä kappale kasvaa.

Tuo siis yleensä. Hommaan voi liittyä faasimuutoksia ym. sotkevia tekijöitä, joilla saadaan joillekin aineille joissain oloissa pääsäännöstä poikkeavia ilmiöitä.

Penttinen
Seuraa 
Viestejä29
Liittynyt31.12.2013

Tuota, kyllä se kiinteä rauta laajenee joka lämpötilassa.  Raudan lineaarinen lämpölaajenemiskerroin on noin 12·10−6  1/°C eli 0,000 012/°C huoneenlämpötilassa. (lainaus Wikistä)

Penttinen
Seuraa 
Viestejä29
Liittynyt31.12.2013

Oho, tähän olikin tullut vastauksia vaiks kuinka. Selain ei ollut päivittynyt :)  Neutroni, Onko olemassa jotain yksinkertaistettua kaavaa/nyrkkisääntöä tuolle kvanttiselitteiselle lämpölaajenemiskäyttäytymiselle, jolla voisi ennustaa aineen nestemäisen olomuodon käyttäytymistä? Kyselin joskus aiemmin, että mistä löytäisi tarkkoja käppyröitä nesteiden ominaisuuksista, mutta se näyttää todella haastavalta. Joillekin nesteille löytyy tarkat: Esim .dieselöljy: Kokoonpuristuvuus, lämpölaajeneminen ja ominaislämpökapasiteetti löytyy netistä, koska nykyinen moottoritekniikka korkeapaineruiskutuspumppuineen vaatii tarkkaa dataa.  Yleisesti ottaen Kaikki ed. mainitsemani arvot muuttuvat, kun painetta tai lämpötilaa muutetaan, enkä ymmärrä (tiedä) logiikkaa, miten nämä korreloivat toistensa kanssa, tai mikä on perusperiaate. Kaivoimme jopa yliopistojen "ei julkisia" julkaisuja, tuloksetta. Luulen ,että suurin osa käyttäytyy lineaarisesti, lukuunottamatta muutamia poikkeuksia.

MIelenkiintoista on myös se, että kaikki ne aineet, joiden ominaislämpökapasiteetti ei ole lineaarinen, vaan tekee mutkan, liittyy erinäisiin elämänmuotoihin. Rikin ominaislämpökapasiteetti lämpötilaasteikolla tekee mutkan juuri siinä kohtaa, jossa rikkilähteiden bakteerit meren pohjassa elää. Samoin tuo vesi, n. 38 astetta on juuri normaali ruumiinlämpötila.

Tämä meni nyt sivuhaaraksi alkuperäisestä aiheesta. 

Neutroni
Seuraa 
Viestejä29582
Liittynyt16.3.2005

Penttinen kirjoitti:
Oho, tähän olikin tullut vastauksia vaiks kuinka. Selain ei ollut päivittynyt :)  Neutroni, Onko olemassa jotain yksinkertaistettua kaavaa/nyrkkisääntöä tuolle kvanttiselitteiselle lämpölaajenemiskäyttäytymiselle, jolla voisi ennustaa aineen nestemäisen olomuodon käyttäytymistä?

Ne lineaariset approksimaatiot ovat niitä yksinkertaistuksia. Jos ne eivät riitä, sitten pitää käyttää kokeellista dataa tai tehdä isoja ammattilaistason laskuja, jotka ovat kaikkea muuta kuin yksinkertaisia. Kannattaa varautua  supertietokoneen hankintaan, jos siihen lähtee.

Tarkkaa dataa kovin erikoisissa olosuhteissa ei välttämättä löydy kuin nesteille, joiden ominaisuuksilla on käytännön merkitystä. Vedelle luulisi löytyvän muutamiin satoihin baareihin ja muutamiin satoihin C-asteisiin, koska sille on pitkät perinteet höyryvoiman tuotannossa, mutta muuten nuo eivät ole hirveän tärkeitä asioita tietää tarkkaan.

Lainaus:
MIelenkiintoista on myös se, että kaikki ne aineet, joiden ominaislämpökapasiteetti ei ole lineaarinen, vaan tekee mutkan, liittyy erinäisiin elämänmuotoihin.

Melkein kaikki alkuaineet liittyvät elämänmuotoihin. Mutta muistaakseni myös plutoniumilla oli jossain alueella negatiivinen lämpölaajeneminen. Siitä ei tietääkseni mikään elämänmuoto tykkää

Neutroni
Seuraa 
Viestejä29582
Liittynyt16.3.2005

Penttinen kirjoitti:
Tuota, kyllä se kiinteä rauta laajenee joka lämpötilassa.  Raudan lineaarinen lämpölaajenemiskerroin on noin 12·10−6  1/°C eli 0,000 012/°C huoneenlämpötilassa. (lainaus Wikistä)

Eipäs laajenekaan. Rauta muuttuu kuumennettaessa noin 900 C:n lämmössä austeniittiseksi (bcc-hilasta fcc-hilaan) ja siihen liittyy näköjään tilavuuden pieneneminen. Siitä miten asiat ovat huoneenlämmössä ja normaalipaineessa ei kannata tehdä liian laajoja johtopäätöksiä mitä muissa olosuhteissa tapahtuu.

https://www.netzsch-thermal-analysis.com/en/materials-applications/metal...

Penttinen
Seuraa 
Viestejä29
Liittynyt31.12.2013

Neutroni: "Ne lineaariset approksimaatiot ovat niitä yksinkertaistuksia. Jos ne eivät riitä, sitten pitää käyttää kokeellista dataa tai tehdä isoja ammattilaistason laskuja, jotka ovat kaikkea muuta kuin yksinkertaisia. Kannattaa varautua  supertietokoneen hankintaan, jos siihen lähtee."

 Tätä hieman aloin uumoilemaan,sillä mistään ei oikein löytynyt mitään tarkkaa dataa. Ja jos kerran laskutoimitukset ovat supertietokoneen tasoa, on helpompaa tehdä tarvittavat mittaukset itse. Joillekin löytyy kohtuu tarkkoja, kuten kylmäaineet, vesi ja taisinkin mainita dieselöljyn (nykyinen korkeapaineruiskutustekniikka ajoituksineen)

Mittauslaitteiston rakentaminen ei ole kovinkaan kummoinen juttu lopunperin. Taidan kysäistä vielä yhdeltä tutulta kvanttimatikkatyypiltä, jos osaisi jotain heittää. Tai ainakin selittää asian, niin sitä voi sitten pyöritellä mielessään. Jos saisi jonkinlaisen käsityksen edes siitä, että miksi vaikka aineen A laajeneminen on vaikka 1 , ja aineen B laajeneminen on 2, mutta 50-50% seoksella laajeneminen ei olekaan 1,5, vaan jotain muuta. Samoin bulkmodulus, eli joustavuus,  muuttuu ihan ennustamattomaksi

Tarkoitin muuten ominaislämpökapasiteettien käyrien notkoja eri lämpötiloissa, en lämpölaajenemisen. Ja totta tuo raudan käyttäytyminen tuossa lämpötilassa. Olin itsekin unohtanut.  

Penttinen
Seuraa 
Viestejä29
Liittynyt31.12.2013

Neutroni kirjoitti:
Aineen atomit värähtelevät tasapainoasemiensa ympärillä. Värähtelyn amplitudi (joka liittyy energiaan) on sitä suurempi mitä korkeampi lämpötila on. Värähtelyyn liittyvä potentiaali on epäsymmetrinen, lähellä toista atomia hylkimisvoima kasvaa nopeammin kuin vetovoima etäännyttäessä. Silloin amplitudin kasvaessa atomit ovat keskimäärin vähän pitemmän ajan kauempana tasapainoasemistaan eli niiden keskimääräinen välimatka kasvaa. Seurauksena kiinteä kappale kasvaa.

Tuo siis yleensä. Hommaan voi liittyä faasimuutoksia ym. sotkevia tekijöitä, joilla saadaan joillekin aineille joissain oloissa pääsäännöstä poikkeavia ilmiöitä.

Voidaanko tästä vetää ilman faasimuutoksia, tms poikkeuksia johtopäätös: lämpölaajeneminen on ennustettavissa (laskettavissa) kunkin aineen atomien keskinäisistä vuorovaikutusvoimista ? Ehkä jopa kokoonpuristuvuuskin.. Vaikeaksi menee kyllä, jos on kahden, tai jopa useamman alkuaineen  seos.  

Täytyypä miettiä tuota epäsymmetriaa. Kaasumaisessa olomuodossa ollaan ilmeisesti lämpöenergialla kumottu atomien keskinäinen vetovoima kokonaisuudessaan. Ja sulamispistee tulee siitä, että energiamäärä hajottaa kiderakenteen

Penttinen
Seuraa 
Viestejä29
Liittynyt31.12.2013

Little bit more: Tästä epäsymmetriasta tullan ajatelmaan, että aineen bulkmoduluksen, eli kokoonpuristuvuuden pitäisi aina olla pienempi matalammassa lämpötilassa , jolloin atomit ovat lähempänä toisiaan. Katselin joitain käppyröitä, en muista millekä aineelle, mutta siinä täytyi olla virhe, sillä bulkmodulus oli merkitty viivasuoraksi lämpötiaan nähden. 

Mieleinkintoista tämä nyt, kun pääsi ajatuksen alkuun. :)

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Uusimmat

Suosituimmat