FORMULES de PHYSIQUE
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ACTION de la CHALEUR
-action de la chaleur
L'augmentation de chaleur provoque une dilatation (augmentation des dimensions géométriques d’un corps) .On distingue les notions suivantes :
LA DILATABILITE
C'est la variation d'une ou de plusieurs coordonnées d'un corps (en général sous l'action de la chaleur)
La dilatabilité linéique est dl (variation de longueur, dite élongation)
La dilatabilité surfacique est dS (variation de surface)
La dilatabilité volumique est dV (variation de volume)
LA DILATATION
C'est la dilatabilité ramenée à la grandeur dilatée
La dilatation linéique est dl / l (variation de longueur ramenée à la longueur, dite allongement relatif)
La dilatation surfacique est dS / S (variation de surface ramenée à la surface)
La dilatation volumique est dV (variation de volume ramenée au volume)
Le Plutonium est le plus dilatable des métaux (6.10-5 à 200° K)
LES COEFFICIENTS de VARIATION ISOBARE
Ils expriment la variation de géométrie d’un corps par rapport à l'évolution de température (dimension Θ-1)
A l'usage, il faut bien préciser que ce coefficient de dilatation est isobare, c'est à dire à pression constante (car il en existe un autre: coefficient de dilatation isotherme, à température constante, mais qui n’est pas de mise ici)
Le coefficient de dilatation isobare linéique (concernant une seule direction)
Les équations d’état des gaz, liquides et solides expriment des relations entre leurs dimensions géométriques, leurs pressions et leurs températures
La définition ici est celle de la variation d’une seule dimension géométrique (donc une longueur -cas des corps longilignes) et on détermine un coefficient de variation linéique isobare (αl) qui représente la variation de longueur en fonction de la longueur initiale et de la température
La formule usuelle -où n’est retenu que le premier terme du viriel exprimant l’impact de la température- est : lT= l0(1 + αl.dT )
lT(m)= longueur atteinte, suite à variation (faible) de température dT(K)
l0(m)= longueur initiale (à température initiale)
αl (K-1)= coefficient de dilatation linéique (isobare)
Valeurs pratiques de αl (en 10-5 K-1 et pour une température de 25°C)
Métaux >>> Al(2,3)--Ag(1,9)--Cd(3,1)--Cr(0,5)--Co(1,3)--Cu(1,7)--Sn(2,2)--Fe(1,2)--
Li(4,6)--Mg(2,5)--Ni(1,3)-- Au(1,4)--Pt(0,9)--Pb(2,9)--Ta(0,6)-- Ti(0,9)--W(0,4)--U(1,4)--Zn(3)
Matériaux >>> Bois(0,3)--Pierres et assimilés(0,6 à 1,1)--Verre(0,8 mais 15 fois plus pour des verres au sodocalcium)--Acier(1,2 à 1,6)-- Béton(1,2)---Bronze(1,8)--Polystyrène(7)--Eau, caoutchouc(20)-- Semi-conducteurs(2000)
Nota : en application pratique, la variation de hauteur de la tour Eiffel est de 1 centimètre par degré de température
Le coefficient de variation surfacique isobare (concernant 2 directions ou coordonnées)
C'est αs= dS/(S . dT)(en K-1) il est similaire au coefficient linéique, mais applicable aux surfaces et vaut 2 fois le coefficient linéique αl .
-Les valeurs pratiques(de αs) pour les solides vont de 2.10-7 à -5 K-1
Le coefficient de variation volumique isobare (concernant trois directions)
Identiquement à ci-dessus, on a des variations de volume avec la température -à pression constante-, permettant de définir un coefficient de variation volumique (ou cubique) isobare (αv) qui représente une variation du volume (dV) par rapport au volume initial et à la température, soit :
αv= dV / (Vo.dT)(en K-1) et qui vaut 3 fois le coefficient linéique αl (vu ci-avant)
Pour les solides, αv vaut : ( 0,2 à 8).10-5 K-1
Exemples : verre(1 à 2)--C(0,2)--quartz(5)--métaux ferreux(1 à 2)-- nylon(3)--laiton(2)--
Pour un solide anisotrope, αv varie selon la direction: on corrige avec des coefficients linéiques directionnels ( > 1 ou < 1)
--si dV < 0, c’est un coefficient de contraction volumique isobare αv (même dimension, mais négatif, car on compresse au lieu de dilater) Il peut être aussi nommé coefficient de compression
Le coefficient d'expansion volumétrique est le rapport entre (volume final) et (volume initial)
LA RELAXATION
C'est le retour (lentement, avec une sorte de viscosité) d'une situation de dilatation vers une situation de repos (non dilatée)