4. Досліджуємо теплове розширення тіл - Засєкіна

• Назад до змісту

Думай

1. Що спричиняє збільшення об’єму тіл під час нагрівання?

Збільшення об’єму тіл під час нагрівання спричиняє підвищення кінетичної енергії молекул та атомів, внаслідок чого вони рухаються активніше і займають більший простір.

2. Від чого, окрім температури, залежить зміна розмірів тіл під час їхнього нагрівання або охолодження?

Зміна розмірів тіл залежить від речовини, з якої виготовлено тіло. Коефіцієнт лінійного розширення різний для різних матеріалів.

3. Укажи, як у досліді (мал. 4.1, 6) унаслідок нагрівання змінилися:

• об’єм кулі - збільшився
• маса кулі - не змінилася
• густина кулі - зменшилася (при збільшенні об’єму та незмінній масі)
• середня швидкість руху атомів металу - збільшилася

4. Обери всі правильні твердження. Якщо тіло охолоджується, то зменшується/збільшується…

При охолодженні тіла:

• а) швидкість руху його частинок - зменшується
• б) відстань між його частинками - зменшується
• в) кількість частинок тіла - не змінюється
• г) розміри частинок тіла - не змінюються

5. Чому стоматологи не радять їсти дуже гарячу їжу?

Щоб не тріснула емаль на зубах (через різний коефіцієнт теплового розширення зубної емалі)

6. Як можна записати формулу $\dfrac{\Delta l}{l_0} = \alpha \Delta t$, враховуючи, що $\Delta t = t - t_0$, $\Delta l = l - l_0$?

Формулу лінійного розширення можна записати у кількох варіантах:

Основна форма: $\dfrac{\Delta l}{l_0} = \alpha \Delta t$

З підстановкою значень:

Дій

РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ

1. За допомогою точних вимірювань значення об’єму, який займає 1 кг води під час нагрівання від 0 до 8°C. Як змінюється об’єм від 0 до 4°C? Від 4 до 8°C? Чому говорять про особливості теплового розширення води?

Дано:
$m = 1 \text{ кг}$
$T_1 = 0°C$
$T_2 = 8°C$
$\Delta V - ?$
Розв’язання: 
 Аналізуємо дані з таблиці
З таблиці видно, що: 

При 0°C: V = 1000,12 см³ 

При 4°C: V = 1000,00 см³ 

При 8°C: V = 1000,11 см³ 

Від 0 до 4°C:
$\Delta V_{0-4} = V_4 - V_0 = 1000,00 - 1000,12 = -0,12 \text{ см³}$
Від 4 до 8°C:
$\Delta V_{4-8} = V_8 - V_4 = 1000,11 - 1000,00 = +0,11 \text{ см³}$
Відповідь: Від 0 до 4°C об’єм зменшується на 0,12 см³, від 4 до 8°C збільшується на 0,11 см³

2. За температури 0°C довжина алюмінієвого дроту становила 200 м. Визнач довжину дроту за температури: а) 40°C; б) -30°C. Коефіцієнт лінійного розширення алюмінію $\alpha = 23 \cdot 10^{-6} \frac{1}{°C}$

Дано:
$l_0 = 200 \text{ м}$
$T_0 = 0°C$
$\alpha = 23 \cdot 10^{-6} \frac{1}{°C}$
$l - ?$
Розв’язання:
$\dfrac{\Delta l}{l_0} = \alpha \cdot \Delta T$
$l = l_0 + \Delta l = l_0(1 + \alpha \cdot \Delta T)$
а) При T = 40°C:
$\Delta T = 40 - 0 = 40°C$
$l = 200(1 + 23 \cdot 10^{-6} \cdot 40)$
$l = 200(1 + 0,00092) = 200 \cdot 1,00092$$l = 200,184 \text{ м}$
б) При T = -30°C:
$\Delta T = -30 - 0 = -30°C$
$l = 200(1 + 23 \cdot 10^{-6} \cdot (-30))$
$l = 200(1 - 0,00069) = 200 \cdot 0,99931$
$l = 199,862 \text{ м}$
Відповідь: а) 200,184 м; б) 199,862 м

ОПРАЦЮЙ ІНФОРМАЦІЮ

Роздивись світлини (мал. 4.5). Підготуй інформацію про наведені приклади теплового розширення

1. Залізничні рейки з температурними зазорами

Між рейками спеціально залишають зазори, щоб при нагріванні метал мав куди розширюватися. Без зазорів рейки б деформувалися.

2. Викривлені залізничні рейки

Коли зазори занадто малі або їх немає, рейки при сильному нагріванні на сонці можуть викривитися та вийти з ладу.

3. Повітряна куля

Повітря всередині кулі нагрівається газовим пальником і розширюється, створюючи підйомну силу. Гаряче повітря має меншу густину, ніж холодне.

4. Провисання електричних дротів

Взимку дроти скорочуються від холоду і натягуються. Влітку від спеки вони розширюються і провисають між стовпами. Тому їх монтують з запасом довжини.

5. Тріщини в стінах та бетоні

При різких перепадах температури матеріали розширюються та стискаються нерівномірно, що призводить до появи тріщин у будівельних конструкціях.

Усі ці приклади показують, як зміна температури впливає на розміри твердих тіл, рідин та газів через зміну швидкості руху молекул.