เครื่องคำนวณการขยายตัวจากความร้อน

กรอกค่าของคุณ คำตอบและวิธีทำฉบับเต็มจะอัปเดตขณะที่คุณพิมพ์

ผลลัพธ์

การเปลี่ยนแปลงความยาว12.6 mm
ความยาวสุดท้าย30.0126 m
ความเครียดจากความร้อน αΔT0.00042
ความเค้นจากความร้อนหากถูกยึดแน่น84 MPa
ชนิดของความเค้นอัด

ค่า α เป็นค่าทั่วไปที่อุณหภูมิห้อง ค่าที่แน่นอนขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะผสมหรือเกรด

คำนวณว่าชิ้นงานขยายหรือหดเท่าใดเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน เลือกการขยายตัวเชิงเส้นสำหรับความยาว เช่น ราง ท่อ และพื้นสะพาน หรือการขยายตัวเชิงปริมาตรสำหรับปริมาตร เลือกวัสดุหรือป้อนสัมประสิทธิ์ของคุณเอง แล้วรับค่าการเปลี่ยนแปลง ขนาดสุดท้าย และสำหรับแท่งที่เคลื่อนที่ไม่ได้ จะได้ความเค้นจากความร้อน σ = E·α·ΔT

เฉลยทีละขั้นตอน

สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น

α = 12 × 10⁻⁶/K = 1.2 × 10⁻⁵ 1/K

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

ΔT = 45 − 10 = 35 K

การเปลี่ยนแปลงความยาว

ΔL = α·L₀·ΔT = (1.2 × 10⁻⁵)·30·35 = 0.0126 m = 12.6 mm
L = L₀ + ΔL = 30.0126 m

ความเค้นจากความร้อนหากปลายทั้งสองขยับไม่ได้

σ = E·α·ΔT = 200000 MPa·(1.2 × 10⁻⁵)·35 = 84 MPa
แท่งต้องการยาวขึ้นแต่ทำไม่ได้ จึงถูกอัด

สูตรสำคัญ

ความเครียดจากความร้อน
εT = α·ΔT
ความเครียด
ε = ΔL/L

วิธีคำนวณการขยายตัวจากความร้อน

  1. หาการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ΔT = T₂ − T₁ การเปลี่ยนแปลง 1 °C เท่ากับการเปลี่ยนแปลง 1 K
  2. หาสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น α ของวัสดุ เช่น ประมาณ 12 × 10⁻⁶/K สำหรับเหล็ก และ 23 × 10⁻⁶/K สำหรับอะลูมิเนียม
  3. การเปลี่ยนแปลงความยาว: ΔL = α·L₀·ΔT โดย L₀ และ ΔL ใช้หน่วยเดียวกัน
  4. การเปลี่ยนแปลงปริมาตร: ΔV = β·V₀·ΔT โดย β ≈ 3α สำหรับของแข็ง
  5. ถ้าปลายถูกยึด แท่งขยายตัวไม่ได้ จึงเกิดความเค้น σ = E·α·ΔT แทน: เป็นความเค้นอัดเมื่อให้ความร้อน และเป็นความเค้นดึงเมื่อทำให้เย็นลง

คำถามและคำตอบ

ทำไม β จึงประมาณ 3α

ลูกบาศก์ที่มีด้าน L จะกลายเป็น L(1 + αΔT) ในทุกทิศทาง ปริมาตรจึงกลายเป็น V(1 + αΔT)³ ≈ V(1 + 3αΔT) เพราะ αΔT มีค่าน้อยมาก สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับของแข็งไอโซทรอปิก ส่วนของเหลวและแก๊สมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของตัวเอง

ค่า α มาจากไหน

เป็นค่าทั่วไปใกล้อุณหภูมิห้องจากตารางมาตรฐาน ทั้งหมด × 10⁻⁶/K: เหล็กโครงสร้าง 12 สเตนเลส 17.3 อะลูมิเนียม 23 ทองแดง 17 ทองเหลือง 19 คอนกรีต 12 แก้วโซดาไลม์ 9 และ PVC 52 ค่าจริงขึ้นอยู่กับโลหะผสม เกรด หรือส่วนผสม และเปลี่ยนแปลงช้า ๆ ตามอุณหภูมิ ดังนั้นให้ใช้ค่าที่วิชาของคุณหรือแผ่นข้อมูลระบุ

ป้อนความยาวเป็นหน่วยอะไร

ป้อน L₀ เป็นเมตร ΔL แสดงเป็นมิลลิเมตรเพราะการเปลี่ยนแปลงมักมีขนาดเล็ก สูตรเองใช้ได้กับทุกหน่วย ตราบเท่าที่ L₀ และ ΔL ใช้หน่วยเดียวกัน

ทำไมความเค้นเมื่อถูกยึดจึงไม่ขึ้นกับความยาว

ความเค้นขึ้นอยู่กับความเครียดที่แท่งถูกกันไม่ให้เกิดขึ้น คือ αΔT ซึ่งไม่ขึ้นกับความยาว รางเหล็กที่ถูกยึดอย่างสมบูรณ์ยาว 1 m หรือ 100 m ได้ σ = E·α·ΔT = 84 MPa เท่ากัน เมื่ออุณหภูมิเพิ่ม 35 K

รูจะใหญ่ขึ้นหรือเล็กลงเมื่อให้ความร้อนแก่แผ่น

ใหญ่ขึ้น ด้วยสัดส่วนเดียวกับวัสดุรอบ ๆ เหมือนกับว่ารูถูกเติมด้วยวัสดุชนิดเดียวกัน นี่คือเหตุผลที่การให้ความร้อนแก่วงแหวนทำให้สวมเข้ากับเพลาได้ง่ายขึ้น

ลองทำเอง

ฝึกความเค้นและความเครียดตามแนวแกน

เครื่องคำนวณให้คำตอบ แต่ในการสอบคุณต้องมีวิธีทำ จึงควรฝึกกับโจทย์ใหม่ คำใบ้ และเฉลยละเอียด

</> ฝัง

ฟรีสำหรับครูและโรงเรียน: วางโค้ดนี้ในหน้ารายวิชา LMS หรือเว็บไซต์ของคุณ นักศึกษาใช้เครื่องคำนวณและวิธีทำทีละขั้นได้โดยไม่ต้องมีบัญชี

เครื่องคำนวณอื่น ๆ