11. Залежність розмірів фізичних тіл від температури

• Назад до змісту

Контрольні запитання

1. Наведіть приклади на підтвердження того, що тверді тіла, рідини й гази розширюються під час нагрівання.

Прикладом розширення твердих тіл є металева кулька, яка після нагрівання не може пройти крізь кільце, через яке легко проходила холодною. Розширення рідин демонструє підвищення рівня води у вузькій трубці, коли колбу з водою нагрівають. Гази також розширюються, що можна побачити на прикладі пластикової пляшки, яка стискається на морозі та розширюється в теплі.

2. Опишіть досліди, які демонструють теплове розширення газів, рідин, твердих тіл.

• Тверді тіла: Дослід з приладом Гравезанда показує, що металева кулька, яка в холодному стані проходить через кільце, після нагрівання не проходить через нього, що свідчить про її розширення.
• Рідини: Колбу з підфарбованою водою, закриту корком зі скляною трубкою, занурюють у гарячу воду. Спочатку рівень води в трубці трохи знижується через розширення колби, а потім значно піднімається, що доводить розширення рідини.
• Гази: Якщо щільно закриту пляшку з повітрям винести з теплого приміщення на холод, вона стиснеться, а при поверненні в тепло — розшириться.

3. У чому причина збільшення об’єму тіл під час нагрівання?

При нагріванні збільшується кінетична енергія частинок речовини. Вони починають рухатися швидше, середня відстань між ними збільшується, і, як наслідок, збільшується об’єм усього тіла.

4. Які особливості теплового розширення води?

Вода має унікальну властивість: вона стискається при охолодженні лише до температури +4 °C. При подальшому охолодженні від +4 °C до 0 °C вода розширюється. Саме тому вода з температурою +4 °C, маючи найбільшу густину, опускається на дно водойм, що не дає їм промерзнути повністю.

5. Наведіть приклади застосування теплового розширення в техніці, побуті.

Явище теплового розширення широко використовується:

• У техніці: В автоматичних вимикачах, наприклад, в електрочайниках, застосовують біметалеві пластинки, які вигинаються при нагріванні та розмикають електричне коло. Також його враховують при будівництві мостів та прокладанні трубопроводів, створюючи спеціальні розширювальні петлі.
• У побуті: Дія рідинних термометрів базується на розширенні рідини при зміні температури. Теплове розширення повітря забезпечує прогрівання приміщень та роботу холодильників.

Вправа №11

1. Виберіть усі правильні закінчення речення. Коли тіло охолоджується, то зменшується:

Правильними є закінчення а) швидкість руху його частинок та б) відстань між його частинками Коли тіло охолоджується, його температура знижується, а це означає, що частинки, з яких воно складається, починають рухатися повільніше. Через це зменшуються і проміжки між ними

2. Як зміниться об’єм повітряної кульки, якщо її перенести з холодного приміщення в тепле? Поясніть свою відповідь.

Об’єм повітряної кульки збільшиться. Повітря всередині кульки, як і будь-який газ, при нагріванні розширюється Частинки повітря в теплому приміщенні почнуть рухатися швидше, відстань між ними збільшиться, і, як наслідок, збільшиться об’єм усієї кульки

3. Згадайте дослід із мідною кулькою, яка в результаті нагрівання застрягає в кільці (див. рис. 11.2). Як змінюються внаслідок нагрівання об’єм, маса, густина кульки; середня швидкість руху частинок кульки?

Внаслідок нагрівання мідної кульки:

• Об’єм збільшується, оскільки тверді тіла розширюються при нагріванні
• Маса не змінюється, бо кількість частинок речовини залишається тією самою.
• Густина зменшується. Оскільки густина — це відношення маси до об’єму, а об’єм збільшився при незмінній масі, то густина стає меншою.
• Середня швидкість руху частинок збільшується, тому що при підвищенні температури збільшується кінетична енергія частинок

4. Уявіть, що термометр для вимірювання температури на вулиці замість спирту заповнили водою. Чи буде такий термометр зручним?

Такий термометр буде незручним і навіть небезпечним. По-перше, вода замерзає при 0°C, тому виміряти мінусову температуру не вийде. По-друге, вода має незвичайну властивість: при охолодженні від +4°C до 0°C вона розширюється Це означає, що в цьому діапазоні термометр показував би неправильні значення. А при замерзанні вода, перетворюючись на лід, сильно розширюється, що може просто розірвати скляну трубку термометра

5. Чому на точних вимірювальних приладах зазначають температуру?

Температуру зазначають тому, що розміри фізичних тіл залежать від неї Точні вимірювальні прилади, виготовлені, наприклад, з металу, трохи розширюються при нагріванні і стискаються при охолодженні. Щоб вимірювання були максимально точними, їх потрібно проводити при тій температурі, яка вказана на приладі, адже саме для неї відкалібрована його шкала.

6. Якщо в холодну скляну банку налити окріп (або навпаки — налити холодну воду в гарячу банку), банка може тріснути. Поясніть це з погляду теплового розширення тіл.

Банка може тріснути через нерівномірне теплове розширення або стиснення скла. Коли в холодну банку ллють окріп, її внутрішня поверхня миттєво нагрівається і швидко розширюється, а зовнішня залишається холодною і не встигає розширитися Через цю різницю розширень у склі виникає сильна напруга, і воно тріскає. Те саме відбувається, коли в гарячу банку ллють холодну воду: внутрішній шар різко стискається, а зовнішній — ні.

7. Металева кулька падає на підлогу з деякої висоти. Які перетворення механічної енергії відбуваються під час падіння кульки? Куди «зникає» механічна енергія кульки після удару об підлогу?

Під час падіння потенціальна енергія кульки (енергія, зумовлена її висотою) перетворюється на кінетичну енергію (енергію руху). Після удару об підлогу механічна енергія не “зникає”, а перетворюється на інші види: здебільшого на внутрішню енергію кульки та підлоги (вони трохи нагріваються), а також на звукову енергію (ми чуємо звук удару).