大地工程技師高等考試-大地工程技師考試分階段考試(第一階段考試)材料力學110 年第 11 題單選題
一空心不銹鋼管置於光滑地面,內徑 r、外徑 R、高度 h、熱膨脹係數 α 。今環境溫度由室溫升高 ΔT ,則鋼管中空部分的體積變化 ΔV 為何?
A3αΔT r2h正確答案
BαΔT(R2−r2)h
CαΔT(R2−r2)h r/R
D3αΔTπrRh
A正確答案
空心圓管升溫ΔT,中空部分(圓柱孔)體積變化:ΔV = 3α·ΔT·π·r²·h,選項A即為 3αΔTπr2h,關鍵是體積熱膨脹為線膨脹係數的3倍。
逐選項解析
A$3\alpha\Delta T\pi r^{2}h$✓ 正確
B$\alpha \Delta \mathrm{T}\pi (\mathbf{R}^2 -\mathbf{r}^2)\mathbf{h}$✕ 易錯陷阱
α·ΔT·(R²−r²)·h 對應的是圓管金屬材料部分的截面積(外圓減內圓)乘以高度,代表管壁材料的某種變化量,但並非中空部分的體積變化,且缺少3倍體積膨脹係數,概念混淆。
C$\alpha \Delta T\pi (R^2 -r^2)\mathrm{hr / R}$✕ 易錯陷阱
在B的基礎上再乘以r/R,無任何物理意義,屬於干擾項。中空體積變化與外徑R的比值無關。
D$3\alpha \Delta \mathrm{T}\pi \mathrm{rRh}$✕ 錯誤
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