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R�pondre � la discussion Affichage des r�sultats 1 � 5 sur 5
Fuseau horaire GMT +1. Il est actuellement 23h05. IntroductionLa dilatation thermique est l'expansion à pression constante du volume d'un corps occasionné par son réchauffement, généralement imperceptible. Dans le cas d'un gaz, il y a dilatation à pression constante ou maintien du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) et augmentation de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) lorsque la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) augmente. Origine de la dilatation thermique Potentiel interatomique. Dans un solide, les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) possèdent une énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation...) et vibrent autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de leur position moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de...). Cette vibration dépend de la température mais aussi du voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) des atomes, plus précisément du potentiel créé par les atomes environnants. À basse température, les potentiels interatomiques peuvent être décrits de façon harmonique : pour des températures proches de T = 0 K, les atomes restent centrés sur leur position moyenne r0. Ce n'est plus le cas pour des températures élevées : l'anharmonicité des potentiels interatomiques introduit une dépendance de la position moyenne des atomes avec la température, ce qui cause le phénomène de dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement,...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...). Lorsqu'un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) est soumis à un réchauffement, la quantité de mouvement (En physique, la quantité de mouvement est la grandeur physique associée à la vitesse et la masse...) des particules qui le composent augmente. À volume constant, cela se traduit par une augmentation de la pression, car le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de chocs entre particules par unité de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) augmente. Si la pression doit rester constante, le volume du gaz doit alors augmenter, selon la loi des gaz parfaits. Pour les gaz non parfaits, les forces d'attraction entre les particules du gaz peuvent réduire l'expansion thermique. La dilatation thermique des liquides a en principe les mêmes causes que celle des gaz, mais l'effet des forces d'attraction entre les particules sur la dilatation est nettement réduit, car elles sont plus proches les unes des autres. Coefficients de dilatation thermique αCas isotropeOn peut calculer pour tous les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) isotropes la variation de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) et donc de volume en fonction de la variation de température : avec :
Remarque : puisqu'on utilise une variation (une différence de température) la différence d'origine entre kelvin et degré Celsius s'annule, la distinction n'est donc pas nécessaire. On peut aussi
directement calculer la longueur en fonction de la température : avec :
ApplicationSoit un rail (Un rail (ou lisse en québécois) est une barre d’acier profilée. Deux files...) en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...) de 30 m en hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) à -20 °C ; en été, la température est de 40 °C. Le rail subit donc une variation de température ΔT = 60 K, sa variation de longueur sera : Ainsi le rail s'allonge de 21,6 mm, sa longueur en été est de 30,0216 m. Tenseur (Tenseur) de dilatation thermiqueLes matériaux cristallins non cubiques présentent une dilatation thermique anisotrope : on n'observe pas le même coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain...) de dilatation α dans toutes les directions. Pour cette raison, on utilise un tenseur symétrique d'ordre 2 pour décrire la dilatation dans les matériaux anisotropes : Ainsi, dans le cas général d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) triclinique, six coefficients de dilatation thermique sont nécessaires. Ces coefficients se rapportant à un repère orthogonal, les coefficients de dilatation n'ont pas forcément de rapport direct avec les axes cristallographiques du matériau. En effet, les valeurs propres et vecteurs propres d'un tenseur d'ordre 2 forment toujours (dans le cas où les valeurs propres sont positives) une ellipsoïde (En mathématiques, un ellipsoïde est une surface du second degré de l'espace euclidien à trois...) de révolution, dont les axes sont perpendiculaires les uns aux autres : on dit qu'un tenseur d'ordre 2 possède toujours au moins la symétrie (De manière générale le terme symétrie renvoie à l'existence, dans une...) ponctuelle orthorhombique maximale 2/m 2/m 2/m. Pour un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que...) orthorhombique par exemple, où α12 = α13 = α23 = 0, le tenseur de dilatation est diagonal et α11, α22 et α33 décrivent la dilatation le long des trois directions cristallographiques a, b et c du matériau. Par contre, dans le système monoclinique, α13 est non nul : alors que α22 représente la dilatation thermique le long de b, la relation entre α11, α33, α13 et les paramètres de maille a, c, β n'est pas aussi triviale. Par convention, le repère orthogonal (e1, e2, e3) choisi pour décrire la dilatation thermique dans les matériaux monocliniques est tel que e2 est parallèle au vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet...) b, axe de symétrie du cristal, e3 est parallèle à c et e1 est parallèle au vecteur du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) réciproque (La réciproque est une relation d'implication.) a*, qui forme par définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) un trièdre direct avec b et c : α33 représente la dilatation thermique le long de c, alors que α11 représente la dilatation le long du vecteur réciproque a* qui est différent de a. Dans le cas général triclinique, il est possible de calculer les coefficients du tenseur de dilatation thermique à partir des variations en température des paramètres de maille. Dans le repère conventionnel orthogonal (e1, e2, e3), défini par e3 parallèle à c, e2 parallèle à b* et e1 étant le produit vectoriel (En mathématiques, et plus précisément en géométrie, le produit vectoriel...) de e2 et e3, on obtient : où a, b, c, α, β, γ sont les paramètres de maille du cristal dans le réseau direct et γ* est l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) entre les vecteurs a* et b* du réseau réciproque. Les valeurs propres du tenseur de dilatation thermique, ou coefficients de dilatation linéaires principaux α1, α2 et α3, permettent aussi d'obtenir le coefficient de dilatation volumique β vu plus haut, trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le...) du tenseur : β = α1 + α2 + α3 = α11 + α22 + α33, puisque la trace d'une matrice carrée est invariante par changement de base. Pour les matériaux isotropes, on retrouve ainsi le résultat β = 3α. C'est quoi la dilatation thermique de l'eau ?La dilatation thermique (également appelée effet stérique) : en raison de l'augmentation de la température, l'eau se dilate ce qui signifie que son volume augmente, L'apport d'eau douce issu de la fonte des glaces et des calottes polaires.
Comment se fait la dilatation de l'eau ?Re : Dilatation de l'eau
En realité l'eau se dilate au dessus et en dessous de 4°C lorsqu'elle reste à l'etat liquide; sa densité est maximale à cette temperature. En passant à 0°C (dans des conditions habituelles) elle vas se dilater brusquement lors du passage à l'etat solide.
Comment fonctionne la dilatation thermique ?La dilatation thermique des matériaux est l'augmentation de volume, généralement imperceptible, d'un corps lors de l'élévation de sa température, à pression constante. Cette dilatation s'explique par l'augmentation de l'agitation thermique des particules qui constituent le corps.
Comment calculer la dilatation thermique de l'eau ?Cette thermocline se situe en moyenne vers 1000 m de profondeur. Si le premier kilomètre de la mer (105 cm) voit sa température monter de 0,6°C, cela entraîne une dilatation de : 105 x 2,6.10 -4 x 0,6 = 15,6 cm.
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Dilatation thermique de l'eau explication
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