آزمایشگاه آزاد؛ بدون نیاز به ورود
انبساط گرمایی فلزها؛ دما طول میله رو چه‌قدر عوض می‌کنه؟
وقتی فلز گرم می‌شه، طولش هم کمی تغییر می‌کنه؛ مقدار این تغییر به جنس و اختلاف دما بستگی داره. این‌جا دمای میله و جنسش رو عوض کن و نتیجه رو با یک مدل ساده‌ی نوار دوفلزی مقایسه کن.
آزمایش رو شروع کنبرای شروع، جنس رو «آلومینیوم» و دما رو ۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد بذار. این دمای مرجع مدل و طول آغازین میله ۱۰۰۰ میلی‌متره؛ بعد دما رو بالا ببر و کارت افزایش طول رو ببین.
آزمایشگاه در حال آماده شدنه…
حالا خودت امتحان کن
هر بار فقط یک چیز رو تغییر بده تا اثرش رو ببینی. قبل از اجرا، نتیجه رو حدس بزن.
دمای مرجع رو پیدا کن
جنس رو روی «آلومینیوم» و دما رو روی ۲۰ درجه‌ی سانتی‌گراد بذار و اجرا رو بزن.
حدست چیه؟ در دمای مرجع، طول میله نسبت به آغاز چه‌قدر تغییر می‌کنه؟
توضیح نتیجه رو ببین
در ۲۰ درجه، افزایش طول صفر و طول میله ۱۰۰۰ میلی‌متره. این دمای آغازینِ فرضی مدل است؛ عدد ضریب انبساط آلومینیوم در جدول این مدل ۲۳ است.
میله‌ی آلومینیومی رو گرم کن
جنس رو روی آلومینیوم ثابت نگه دار، دما رو از ۲۰ به ۱۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد برسون و اجرا کن.
حدست چیه؟ با ۸۰ درجه گرم‌تر شدن، طول یک میله‌ی یک‌متری چه‌قدر زیاد می‌شه؟
توضیح نتیجه رو ببین
مدل افزایش طول ۱٫۸۴ میلی‌متر و طول نهایی ۱۰۰۱٫۸۴ میلی‌متر رو می‌ده. رابطه‌ی خطی می‌گه افزایش طول با طول آغازین، ضریب انبساط و تغییر دما متناسبه؛ مقدار کوچک تغییر رو با کارت عددی بخون، چون شکل میله به‌اندازه‌ی کمتر از یک پیکسل بلندتر می‌شه.
آلومینیوم رو با مس مقایسه کن
دما رو روی ۱۰۰ درجه نگه دار. در یک اجرا آلومینیوم رو ببین و بعد جنس میله رو به مس تغییر بده و دوباره اجرا کن.
حدست چیه؟ برای میله‌ی هم‌اندازه و اختلاف دمای برابر، کدوم یکی در این مدل بیشتر بلند می‌شه؟
توضیح نتیجه رو ببین
در ۱۰۰ درجه، مدل برای آلومینیوم ۱٫۸۴ میلی‌متر و برای مس ۱٫۳۶ میلی‌متر افزایش طول می‌ذاره؛ اختلاف ۰٫۴۸ میلی‌متره. این مقایسه فقط برای ضریب‌های ثابت همین مدل است. زاویه‌ی نوار دوفلزی رو از این آزمایش نتیجه نگیر: با انتخاب مس، جفت زیرلایه عوض می‌شه ولی برچسب شکل همچنان آلومینیوم و فولاده.
پشت این حرکت چه خبره؟
طول، به جنس و تغییر دما بستگی داره
DeltaL = alpha*L0*DeltaT
ضریب انبساط خطی می‌گه هر ماده با یک تغییر دمای مشخص، به نسبت طول آغازینش چه‌قدر تغییر طول می‌ده. در این مدل، ضریب هر فلز در همه‌ی دماها ثابت فرض شده.
فلزهای مختلف به یک اندازه منبسط نمی‌شن
اگر طول و تغییر دما یکسان باشن، ضریب انبساط بزرگ‌تر به تغییر طول بزرگ‌تری می‌رسه. عددهای فولاد، آلومینیوم، مس و برنج در این ویجت مقدارهای ثابت آموزشی‌اند؛ مقدار واقعی می‌تونه با نوع آلیاژ و دما فرق کنه.
دو لایه‌ی متفاوت می‌تونن یک نوار رو خم کنن
وقتی دو فلز با ضریب‌های متفاوت به هم چسبیده باشن، با گرم‌شدن هر لایه اندازه‌ی یکسانی نمی‌گیره و نوار خم می‌شه. زاویه‌ی این ویجت یک برآورد ساده با ضخامت فرضی ۲ میلی‌متره، نه اندازه‌گیری یک نوار واقعی.
سؤالت رو بپرس، جوابش رو هم ببین
وقتی توی چت دربارهٔ یک مفهوم درس می‌خونی، دستیار هوش مصنوعی می‌تونه شبیه‌سازی مرتبط رو کنار توضیحش نشون بده. پارامترها رو تغییر می‌دی و با کمک توضیح بعدی، نتیجه رو بهتر می‌فهمی.
شروع یادگیری با چتبرای ادامه در چت، وارد مسیر شروع و ورود می‌شی. نتیجهٔ این آزمایش به چت منتقل نمی‌شه.
نمونهٔ نمایشی از آموزش در چت
چرا با گرم‌کردن میله، طولش فقط یک‌کم زیاد می‌شه؟
چون تغییر طول به ضریب انبساط و اختلاف دما وابسته است و طول یک‌متری فلز هم با ۸۰ درجه گرم‌ترشدن فقط چند میلی‌متر تغییر می‌کنه. این مدل برای آلومینیوم ۱٫۸۴ میلی‌متر حساب می‌کنه؛ عدد دقیق به جنس و دمای واقعی بستگی داره. برای همین خروجی عددی رو ببین، نه فقط اندازه‌ی خط توی شکل.
سؤال‌های رایج
از کجا بفهمم افزایش طول چه‌قدر می‌شه؟
برای یک تغییر دمای محدود، رابطه‌ی تقریبی اینه: تغییر طول برابر ضریب انبساط ضرب‌در طول آغازین و تغییر دماست. این صفحه طول آغازین رو ۱۰۰۰ میلی‌متر می‌گیره.
چرا در دمای ۲۰ درجه افزایش طول صفره؟
چون ۲۰ درجه دمای مرجع مدل است و طول آغازین ۱۰۰۰ میلی‌متر در همین دما تعریف شده. با بالاتر یا پایین‌تر رفتن از این دما، طول هم در مدل تغییر می‌کنه.
چرا میله‌ی آلومینیومی و فولادی به یک اندازه تغییر طول نمی‌دن؟
هر جنس ضریب انبساط خودش رو داره. در جدول این مدل ضریب آلومینیوم از فولاد بیشتره، پس با طول و تغییر دمای برابر، مدل برای آلومینیوم افزایش طول بیشتری حساب می‌کنه.
نوار دوفلزی چرا خم می‌شه؟
دو لایه به هم وصل‌اند، ولی با گرم‌شدن به یک اندازه منبسط نمی‌شن؛ همین اختلاف باعث خم‌شدن می‌شه. زاویه‌ی این ویجت ساده‌سازی‌شده است و برچسبش برای انتخاب مس یا برنج به‌روز نمی‌شه.
افزایش طول منفی یعنی خطای محاسبه؟
نه؛ وقتی دما از مرجع ۲۰ درجه پایین‌تره، مدل انقباض رو با افزایش طول منفی نشان می‌ده. علامت کنار فلش در شکل ممکنه باز هم یک مثبت اضافه کنه، پس برای انقباض کارت عددی رو ملاک بگیر.