T.I.RADCHENKO(escuela nº 26, Vladikavkaz),
I.V.SILAEV(Universidad Estatal de Osetia del Norte)
[correo electrónico protegido] ,
Vladikavkaz, Rep. Osetia del Norte (Alania)

Dilatación térmica de sólidos.

¿Cambiará el diámetro del agujero en una placa redonda cuando se calienta?

(La pregunta fue propuesta por el periódico “Física” en el n° 11/06.)

Ejemplos de tecnología

El diámetro del agujero aumenta cuando se calienta. Esto encuentra aplicación en la tecnología. Por ejemplo, en los motores VAZ-1111, Tavria ZAZ-1102 y otros, cada pistón está conectado de forma pivotante a la cabeza superior de su biela mediante un pasador de pistón (tubo de acero), que se inserta en los orificios correspondientes del pistón y biela. En este caso, el dedo se fija en la cabeza superior de la biela mediante un ajuste en caliente, calentando la parte superior de la biela. Cuando se enfría, el diámetro del orificio en la cabeza disminuye y el pasador queda fuertemente apretado, lo que elimina sus movimientos longitudinales y la formación de marcas en las paredes del cilindro cuando los pistones realizan movimientos alternativos.

De manera similar, se fija un anillo de sujeción precalentado a los semiejes que conectan el diferencial con las ruedas motrices, por ejemplo, en los automóviles Volga y Zhiguli. (Un diferencial es un dispositivo que permite que las ruedas motrices de un automóvil giren a diferentes frecuencias, por ejemplo, durante un giro, cuando la rueda interior, más cercana al centro del giro, recorre un círculo de radio más pequeño que el exterior uno.) El extremo exterior del semieje (con la rueda del automóvil) está montado sobre un rodamiento de bolas, cuyo anillo exterior está firmemente sujeto. El semieje gira junto con el aro interior del rodamiento. Para evitar que el semieje se salga del cojinete debido a desplazamientos longitudinales, se sujeta mediante un anillo de apriete. Este anillo, cuando se coloca en el semieje, gira con él. Está cerrado por la carcasa del semieje y, mediante un anillo elástico, se apoya contra un cojinete fijo, que evita que el semieje y la rueda se aleje del eje longitudinal del vehículo.

Los ejemplos podrían continuar...

Física de la expansión térmica

Consideremos ahora la cuestión desde el punto de vista de la física. Imaginemos que el agujero está formado por ocho átomos o moléculas (hablaremos de partículas). Las partículas de un cuerpo sólido oscilan principalmente alrededor de sus posiciones de equilibrio y rara vez saltan a otros lugares; su tiempo de vida "asentado" es de 0,1 a 0,001 s incluso cerca del punto de fusión, y a temperaturas más bajas ya son horas y días (recuerde la difusión tasas en sólidos). Por tanto, el número de partículas que enmarcan el agujero permanecerá sin cambios hasta que comience la transición a la fase líquida. A medida que aumenta la temperatura, aumentará el rango de vibraciones de cada partícula, ocupará más espacio en el espacio y, por tanto, aumentará el diámetro del agujero. Las partículas no pueden acercarse entre sí porque al mismo tiempo comenzarán a “superponerse”.

Para dar explicaciones científicas, habrá que recordar la gráfica de la fuerza de interacción. F partículas desde la distancia r entre estas partículas. Se obtiene sumando las ordenadas de los puntos correspondientes de la curva superior II, que describe la fuerza repulsiva, y la inferior I, que describe la fuerza de atracción. La curva resultante III tiene una forma bastante compleja, porque La fuerza repulsiva es inversamente proporcional a la decimotercera potencia de la distancia y la fuerza de atracción es inversamente proporcional a la séptima potencia. La curva IV es similar y muestra la dependencia de la energía potencial de la distancia. mi p. En una posición de equilibrio r 0, la curva III pasa por cero (la resultante de las fuerzas aplicadas es cero) y la curva IV pasa por un mínimo (pozo de potencial). Esta es una posición de equilibrio estable y, a medida que la distancia entre las partículas disminuye, se realizará trabajo contra las fuerzas repulsivas, lo que conducirá a una disminución de la energía cinética de la partícula a cero, de modo que una partícula no "golpeará" a otra. , como el impacto de las bolas de billar.

En general, el movimiento térmico de las partículas se considera sus oscilaciones cerca de centros ubicados a una distancia de equilibrio entre sí, que es diferente para diferentes sustancias. El volumen libre en líquidos es aproximadamente el 29% del volumen total y en sólidos hasta el 26%. "Las moléculas (átomos) de los sólidos están dispuestas tan estrechamente que sus capas electrónicas se tocan y, a veces, se superponen entre sí". Entonces, aparentemente, es más correcto hablar de la posición no de las moléculas en sí, sino de sus centros.

Miremos nuevamente la curva IV. La profundidad del pozo potencial determina la energía de enlace de las moléculas. Tenga en cuenta que la curva no es simétrica con respecto a su mínimo. “Por esta razón, sólo las vibraciones muy pequeñas de las partículas alrededor de la posición de equilibrio tendrán carácter armónico. A medida que aumenta la amplitud de las oscilaciones (lo que ocurre al aumentar la temperatura), la anarmonicidad (es decir, la desviación de las oscilaciones respecto de las armónicas) se volverá cada vez más evidente. Esto conduce a un aumento de las distancias medias entre partículas y, en consecuencia, a un aumento de volumen". “A una temperatura más baja, la molécula vibra alrededor del punto A dentro del segmento A 1 A 2. La distancia promedio entre moléculas que interactúan (mentalmente colocamos la segunda molécula en el origen) es r 0. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la energía de vibración; ahora la molécula oscila dentro del segmento EN 1 EN 2. La posición de equilibrio corresponde a la mitad del segmento. EN 1 EN 2, es decir punto EN". Así, aunque las amplitudes de las oscilaciones son pequeñas, debido a la anarmonicidad, las oscilaciones individuales no son independientes, sino que están relacionadas entre sí. Es por eso r 0 (la distancia a la que la suma de las fuerzas de atracción y repulsión de dos moléculas es cero) comienza a aumentar al aumentar la temperatura.

Contabilización de la conductividad térmica y la expansión térmica de sólidos para un motor de combustión interna de un automóvil.

La expansión térmica en la tecnología debe tenerse en cuenta todo el tiempo. Si tomamos los pistones mencionados en los motores de los automóviles, habrá varias opciones a la vez. Entonces, por ejemplo, la cabeza del pistón (su parte superior) tiene un diámetro ligeramente menor que el faldón (parte inferior), porque la cabeza está en contacto directo con gases calentados. Se calienta más y se expande más. Al mismo tiempo, los ingenieros deben cumplir dos requisitos mutuamente excluyentes. Por un lado, es necesario asegurar una buena estanqueidad entre el pistón y el cilindro y, por otro, evitar que el pistón se atasque al calentarse. Para ello, se hacen ranuras alrededor de la circunferencia de la cabeza, en las que se colocan anillos especiales: anillos de compresión y raspadores de aceite.

Los anillos de compresión tienen hendiduras llamadas Cerraduras, que permiten sellar el hueco sin atascar el pistón. El agarrotamiento también se evita mediante la forma especial de la falda del pistón, en forma de elipse, cuyo eje mayor es perpendicular al eje del bulón del pistón y se encuentra en el plano de acción de las fuerzas laterales. Como resultado, se eliminan tanto los golpes cuando el motor está frío como el pegado de la falda cuando se calienta: la elipse se convierte en un círculo y el pistón continúa moviéndose libremente dentro del cilindro.

También se puede evitar el atasco realizando cortes de compensación en el faldón: oblicuos, en forma de T, en forma de U, por lo que la expansión del metal cuando se calienta no conduce a un aumento en el diámetro del pistón. El calentamiento del anillo de compresión superior del pistón se puede reducir mediante el uso de una ranura mecanizada en el pistón o una correa cortafuegos que impide el flujo de calor adicional desde la parte superior de la cabeza del pistón, calentado por los gases calientes en el cilindro.

Para eliminar mejor el calor de los pistones y cilindros, tanto los pistones como la culata están hechos de una aleación de aluminio, que tiene una buena conductividad térmica. Hay motores en los que todo el bloque de cilindros está fabricado en aleación de aluminio. Además, se proporciona un sistema de refrigeración especial (aire o líquido). Por ejemplo, el llamado camisa de refrigeración El sistema líquido asegura la eliminación del calor tanto de los cilindros como de las cámaras de combustión.

Literatura

1. Plejánov I.P. Automóvil. – M.: Educación, 1984.

2. Shestopalov K.S.,Demikhovsky S.F. Carros. – M.: DOSAAF, 1989.

3. Podgornova I.I.. Física molecular en la escuela secundaria. – M.: Educación, 1970.

4. Berger N.M.. El estudio de los fenómenos térmicos en un curso de física de secundaria. – M.: Educación, 1981.

5. Shamash S.Ya. Métodos de enseñanza de la física en la escuela secundaria. – M.: Educación, 1975.

6. Bludov M.I. Conversaciones sobre física. – M.: Educación, 1992.

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8. Diccionario enciclopédico físico: Ed. Prokhorova A.M. – M.: Enciclopedia soviética, 1984.

La expansión térmica es el cambio de tamaño y volumen de un cuerpo bajo la influencia de la temperatura.

Cuando la temperatura cambia, las dimensiones de los sólidos cambian. Se caracteriza la expansión bajo la influencia de la temperatura. coeficiente de expansión térmica lineal.

El cambio en las dimensiones lineales del cuerpo se describe mediante la fórmula: l = l 0 (1 + α ⋅ Δ T), donde

l - longitud del cuerpo;

l 0 - longitud inicial del cuerpo;

α es el coeficiente de expansión térmica lineal;

Δ T - diferencia de temperatura.

El coeficiente de expansión térmica lineal muestra en qué fracción de la longitud o anchura original cambiará el tamaño de un cuerpo si su temperatura aumenta 1 grado.

Ejemplo:

\(10\) kilómetros Las vías del tren con un aumento de la temperatura del aire de \(9\) grados (por ejemplo, de \(-5\) a \(+4\)), se alargan en 10.000 ⋅ 0,000012 ⋅ 9 = 1,08 metros. Por este motivo se dejan espacios entre los tramos de carril.

También hay que tener en cuenta la dilatación térmica en las tuberías que utilizan; compensadores- tubos curvos que pueden doblarse si es necesario cuando cambia la temperatura del aire. La figura muestra lo que sucederá si no hay compensador.

Los ingenieros que diseñan puentes, equipos y edificios sujetos a cambios de temperatura necesitan saber qué materiales se pueden unir para evitar que se formen grietas.

Los electricistas que instalan líneas eléctricas necesitan saber a qué cambios de temperatura estarán sujetos los cables. Si los cables se estiran en verano, se romperán en invierno.

Cuando se produce la expansión térmica de los metales, se utilizan interruptores automáticos de dispositivos térmicos. Este interruptor consta de dos placas estrechamente conectadas de diferentes metales (con diferentes coeficientes térmicos). Placas bimetálicas bajo la influencia de la temperatura se doblan o enderezan, cerrando o abriendo un circuito eléctrico.

Con un cambio en las dimensiones lineales, el volumen del cuerpo también cambia. El cambio en el volumen de un cuerpo se describe mediante una fórmula similar a la fórmula de expansión lineal, solo que en lugar del coeficiente de expansión térmica lineal se utiliza coeficiente térmico volumétricoextensiones.

El cambio en el volumen corporal bajo la influencia de la temperatura se describe mediante la fórmula: V = V 0 (1 β ⋅ Δ T), donde

V - volumen corporal;

V 0 - volumen inicial del cuerpo;

β - coeficiente de expansión térmica volumétrica;

Δ T - diferencia de temperatura.

El coeficiente de expansión térmica volumétrica muestra en qué parte del volumen original cambiará el volumen del cuerpo después de un aumento de temperatura de 1 grado.

Sustancia	Coeficiente de expansión de volumen β , k - 1
Mercurio...

Expansión diferencialtiene una gran importancia práctica. A veces resulta muy difícil abrir los tapones de rosca metálicos de las botellas de vidrio o plástico. Si se mantiene la parte superior de la botella bajo un chorro de agua caliente, el metal se expandirá más que el vidrio o el plástico y la tapa se abrirá fácilmente.

Un tapón de vidrio que encaja perfectamente en el cuello de una botella de vidrio también se puede quitar manteniendo el cuello bajo un chorro de agua caliente. Aunque el coeficiente de expansión del cuello es el mismo que el del corcho, el vidrio es muy alto y el cuello se expandirá antes de que el corcho se caliente y el corcho se pueda quitar fácilmente.

El vidrio expandible suele ser una fuente de problemas en casa. Cuando la cristalería se llena con líquido caliente, a menudo se rompe. La razón es que la parte del vidrio en contacto con el líquido caliente adquiere muy rápidamente la temperatura del líquido y se expande, mientras que el resto permanece fría, ya que el vidrio es mal conductor.

Como resultado, se crea tensión dentro del vaso y los platos estallan. Al preparar mermelada, un cocinero prudente precalentará el recipiente en el horno antes de llenarlo con mermelada. Esto asegura que tanto el vaso como la mermelada se calientan aproximadamente a la misma temperatura. Su valiosa cristalería cortada se conservará si considera ponerla en agua caliente.

Varias expansiones térmicas en la vida cotidiana.

El período de un péndulo depende de la longitud del propio péndulo. Cuando la temperatura aumenta, la longitud del péndulo aumenta y su período de oscilación aumenta. El péndulo oscila más lentamente. La figura muestra dos tipos de péndulo compensado. En la Figura 1, la varilla está hecha de invar y el cuerpo del péndulo de lenteja está hecho de acero.

La expansión hacia abajo del invar se compensa con la expansión hacia arriba de las lentejas. En este caso, la posición del centro de gravedad y, por tanto, permanece sin cambios. Para fijar el período deseado de oscilación del péndulo, se ajusta la posición de la lenteja con un tornillo. Una vez instalado en la posición deseada, dicho péndulo se autocompensa.

La Figura 1, b muestra un péndulo más complejo. Las varillas sin sombra son más grandes y se expanden lo suficiente como para compensar la expansión de las varillas con sombra más largas. Hoy en día, cuando la mayoría de los edificios cuentan con calefacción central, ésta se mantiene a una temperatura más o menos constante, pero sigue siendo importante compensar los efectos térmicos.

El termostato del horno de gas (Fig. 2) utiliza diferentes expansiones térmicas de los metales. El gas se suministra a través del tubo de entrada y pasa a través de los puertos D, E y F hasta los quemadores. El cilindro B está hecho de latón y la varilla A está hecha de invar. A medida que aumenta la temperatura del horno, el latón se expande mucho más que el invar, lo que hace que la válvula C se mueva hacia la izquierda y cierre los orificios E y F.

Por tanto, el suministro de gas al horno se reduce y el gas arde débilmente. El orificio D es necesario para recibir gas para evitar que los quemadores se apaguen cuando la válvula está cerrada. A medida que el cilindro B se enfría, se contrae y la válvula C se mueve hacia la derecha, permitiendo que llegue más gas a los quemadores. El regulador externo G permite apretar o aflojar la válvula C, reduciendo o aumentando así el flujo de gas y reduciendo o aumentando la temperatura en el horno.

Los cables se comban mucho más en verano que en invierno, es decir, en verano son más largos. Si toma una botella llena de agua fría y la coloca en un lugar cálido, con el tiempo parte del agua se saldrá de la botella, ya que el agua se expande durante el calentamiento. Un globo sacado de una habitación al frío disminuye de volumen.

1. Nos aseguramos de la expansión térmica de sólidos, líquidos y gases

Experimentos sencillos y numerosas observaciones nos convencen de que, por regla general, los sólidos, líquidos y gases se expanden durante el calentamiento y se contraen durante el enfriamiento.

La expansión térmica de líquidos y gases se puede observar fácilmente utilizando un matraz cuyo cuello está herméticamente cerrado y se inserta un tubo de vidrio en el tapón. Convirtamos el matraz lleno de aire en un recipiente con agua.

Ahora basta con agarrar el matraz con la mano y pronto el aire, al expandirse en el matraz, saldrá en forma de burbujas del tubo bajo el agua (fig. 2.30).

Ahora llenemos el matraz con un poco de líquido coloreado y sellémoslo para que parte del líquido entre en el tubo (Fig. 2.31, a). Marquemos el nivel del líquido en el tubo y bajemos el matraz a un recipiente con agua caliente. En el primer momento, el nivel del líquido bajará ligeramente (Fig. 2.31, b), y esto puede explicarse por el hecho de que el matraz primero se calienta y se expande, y solo entonces, cuando se calienta, el agua se expande.

Arroz. 2.30. Cuando se calienta, el aire del matraz se expande y parte de él sale del matraz; esto se puede ver por las burbujas de aire que salen del tubo.

Arroz. 2.31 Un experimento que demuestra que cuando se calienta, un líquido (como sólidos y gases) se expande: a - un matraz tapado con líquido en un tubo; b - en el primer momento de calentamiento, el nivel del líquido disminuye ligeramente; c - con un calentamiento adicional, el nivel del líquido aumenta significativamente

Pronto veremos que a medida que el matraz y el agua que contiene se calientan, el nivel de líquido en el tubo aumentará notablemente (figura 2.31, c). Entonces, los sólidos y líquidos, al igual que los gases, se expanden cuando se calientan. Las investigaciones han revelado que los sólidos y los líquidos se expanden mucho menos durante el calentamiento que los gases.

La expansión térmica de los sólidos también se puede demostrar en el siguiente experimento. Tomemos una bola de cobre que, sin calentarse, pasa fácilmente a través de un anillo colocado en ella. Calentamos la bola a la llama de una lámpara de alcohol y nos aseguramos de que la bola ya no pase por el anillo (Fig. 2.32, a). Después de enfriarse, la bola volverá a pasar fácilmente a través del anillo (Fig. 2.32, b).

2. Descubra la causa de la expansión térmica.

¿Cuál es la razón del aumento en el volumen de los cuerpos durante el calentamiento, ya que el número de moléculas no cambia al aumentar la temperatura?

La teoría atómico-molecular explica la expansión térmica de los cuerpos por el hecho de que al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de movimiento de los átomos y las moléculas. Como resultado, aumenta la distancia promedio entre átomos (moléculas).

Arroz. 2.32. Un experimento que ilustra la expansión térmica de sólidos: a - en estado calentado, la bola no pasa a través del anillo; b - después de enfriar, la bola pasa a través del anillo

En consecuencia, aumenta el volumen corporal. Y viceversa, cuanto menor es la temperatura de la sustancia, más pequeños son los espacios intermoleculares. La excepción es el agua, el hierro fundido y algunas otras sustancias. El agua, por ejemplo, sólo se expande a temperaturas superiores a 4 °C; a temperaturas de O 0C a 4 0C, el volumen de agua disminuye durante el calentamiento.

3. Caracterizar la expansión térmica de los sólidos.

Averigüemos cómo cambian las dimensiones lineales de un cuerpo sólido debido a los cambios de temperatura. Para hacer esto, mida la longitud del tubo de aluminio y luego caliente el tubo pasando agua caliente a través de él. Después de un tiempo, podrá notar que la longitud del tubo ha aumentado ligeramente.

Reemplazando un tubo de aluminio por uno de vidrio de la misma longitud, nos convenceremos de que ante el mismo aumento de temperatura, la longitud del tubo de vidrio aumenta mucho menos que la longitud del de aluminio. Así, concluimos: la expansión térmica de un cuerpo depende de la sustancia de la que está hecho.

Una cantidad física que caracteriza la expansión térmica de un material y es numéricamente igual a la relación entre el cambio en la longitud de un cuerpo debido a su calentamiento por I ° C y su longitud inicial se llama coeficiente de temperatura de expansión lineal.

El coeficiente de temperatura de expansión lineal se designa con el símbolo a y se calcula mediante la fórmula:

A partir de la definición del coeficiente de temperatura de expansión lineal, se puede obtener la unidad de esta cantidad física:

La siguiente tabla muestra los coeficientes de temperatura de expansión lineal de algunas sustancias.

4. Conociendo la expansión térmica en la naturaleza y la tecnología.

La capacidad de los cuerpos para expandirse durante el calentamiento y contraerse durante el enfriamiento juega un papel muy importante en la naturaleza. La superficie de la Tierra se calienta de manera desigual. Como resultado, el aire cerca de la Tierra también se expande de manera desigual y se forma viento, que determina los cambios climáticos. El calentamiento desigual del agua en los mares y océanos provoca la aparición de corrientes que afectan significativamente el clima. Las fuertes fluctuaciones de temperatura en las zonas montañosas hacen que las rocas se expandan y contraigan. Y dado que el grado de expansión depende del tipo de roca, la expansión y compresión se producen de manera desigual y, como resultado, se forman grietas que conducen a la destrucción de estas rocas.

La expansión térmica debe tenerse en cuenta al construir puentes y líneas eléctricas, tender tuberías de calefacción, tender vías de ferrocarril, fabricar estructuras de hormigón armado y en muchos otros casos.

El fenómeno de la expansión térmica se utiliza ampliamente en la tecnología y en la vida cotidiana. Por lo tanto, para cerrar y abrir automáticamente circuitos eléctricos, se utilizan placas bimetálicas: constan de dos tiras con diferentes coeficientes de expansión lineal (Fig. 2.33). La expansión térmica del aire ayuda a calentar uniformemente el apartamento, enfriar los alimentos en el refrigerador y ventilar la habitación.

Arroz. 2.33. Para la fabricación de fusibles automáticos (a), para encender y apagar automáticamente los dispositivos de calefacción (b), se utilizan ampliamente placas bimetálicas (c). A medida que aumenta la temperatura, uno de los metales se expande mucho más que el otro, como resultado de lo cual la placa se dobla (d) y se abre (o cierra)

5. Aprender a resolver problemas

La longitud de un riel de acero a una temperatura de 0 o C es 8 g ¿Cuánto aumentará su longitud en un día caluroso de verano a una temperatura de 40 ° C?

Análisis de las condiciones del problema. Sabiendo cómo cambia la longitud de una pieza de acero debido al calentamiento de 1 °C, es decir, conociendo el coeficiente de temperatura de expansión lineal del acero, encontraremos cuánto cambiará la longitud del riel debido al calentamiento de 40 °C. El coeficiente de temperatura de expansión lineal del acero se puede encontrar en la tabla anterior.

• Resumámoslo

Los sólidos, líquidos y gases tienden a expandirse cuando se calientan. La razón de la expansión térmica es que a medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de movimiento de los átomos y las moléculas. Como resultado, aumenta la distancia promedio entre átomos (moléculas). La expansión térmica de los sólidos se caracteriza por el coeficiente de expansión lineal. El coeficiente de expansión lineal es numéricamente igual a la relación entre el cambio en la longitud de un cuerpo debido a su calentamiento en 1 o C y su longitud inicial.

• Preguntas de control

1. Dé ejemplos que muestren que los sólidos, líquidos y gases se expanden cuando se calientan.

2. Describe un experimento que demuestre la expansión térmica de líquidos.

3. ¿Cuál es el motivo del aumento del volumen de los cuerpos durante el calentamiento?

4. ¿Qué, además de la temperatura, determina el cambio en el tamaño de los cuerpos durante su calentamiento (enfriamiento)?

5. ¿En qué unidades se mide el coeficiente de expansión lineal?

• Ejercicios

1. Seleccione todas las respuestas correctas. Cuando el cuerpo se enfría, entonces:

a) la velocidad de movimiento de sus moléculas disminuye;
b) aumenta la velocidad de movimiento de sus moléculas;
c) la distancia entre sus moléculas disminuye;
d) la distancia entre sus moléculas aumenta.

2. ¿Cómo cambiará el volumen del globo si lo trasladamos de una habitación fría a una cálida? ¿Por qué?
3. ¿Qué sucede con las distancias entre las partículas líquidas en el termómetro cuando hace frío?
4. ¿Es correcto decir que cuando se calienta, un cuerpo aumenta de tamaño porque aumenta el tamaño de sus moléculas? Si no, ofrezca su propia versión corregida.
5 . ¿Por qué los instrumentos de medición precisos indican la temperatura?
6. Recuerde el experimento con una bola de cobre que, debido al calentamiento, se atascó en el anillo (ver Fig. 2.32). ¿Cómo cambió debido al calentamiento lo siguiente: el volumen de la pelota; su masa; densidad; velocidad promedio de los átomos?
7. Después de pasar vapor de agua hirviendo a través de un tubo de latón, la longitud del tubo aumentó en 1,62 mm. ¿Cuál es el coeficiente de expansión lineal del latón si se encuentra a una temperatura de 15 0C?
¿La longitud del tubo es de 1 m? Te recordamos que la temperatura del agua hirviendo es de 100 °C.
8. Un alambre de platino de 1,5 m de largo estaba a una temperatura de 0 °C. Debido al paso de la corriente eléctrica, el cable se calentó y se alargó 15 mm. ¿A qué temperatura se calentó?
9. Una lámina de cobre rectangular, cuyas dimensiones a una temperatura de 20 0C son 60 cm x 50 cm, se calentó a 600 °C. ¿Cómo cambió el área foliar?

• Tareas experimentales

1. ¿Cómo, teniendo una tabla, un martillo, dos clavos, una lámpara de alcohol y unas pinzas, puedes demostrar que el tamaño de una moneda de 5 kopeks aumenta cuando se calienta? Realice el experimento correspondiente. Explica el fenómeno observado.

2. Llena la botella con agua hasta que quede una burbuja de aire en su interior. Calienta la botella en agua caliente. Observa cómo cambia el tamaño de la burbuja. Explica el resultado..

Física. 7mo grado: Libro de texto / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: Editorial "Ranok", 2007. - 192 p.: Ill.

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De los párrafos anteriores sabemos que todas las sustancias están formadas por partículas (átomos, moléculas). Estas partículas se mueven constantemente de forma caótica. Cuando una sustancia se calienta, el movimiento de sus partículas se vuelve más rápido. Al mismo tiempo, aumentan las distancias entre las partículas, lo que conduce a un aumento del tamaño corporal.

El cambio de tamaño de un cuerpo cuando se calienta se llama expansión térmica..

La expansión térmica de los sólidos es fácil de confirmar experimentalmente. Una bola de acero (Fig. 87, a, b, c), que pasa libremente a través del anillo, después de calentarse con una lámpara de alcohol, se expande y se atasca en el anillo. Después de enfriarse, la bola vuelve a pasar libremente a través del anillo. De la experiencia se deduce que las dimensiones de un sólido aumentan cuando se calienta y disminuyen cuando se enfría.

Arroz. 87

La expansión térmica de diferentes sólidos no es la misma..

Con la expansión térmica de los sólidos aparecen fuerzas enormes que pueden destruir puentes, doblar vías de ferrocarril y romper cables. Para evitar que esto suceda, al diseñar una estructura en particular, se tiene en cuenta el factor de expansión térmica. Los cables de las líneas eléctricas se comban (Fig. 88) para que en invierno, cuando se contraen, no se rompan.

Arroz. 88

Arroz. 89

Los carriles tienen un hueco en las juntas (Fig. 89). Las partes portantes de los puentes se colocan sobre rodillos que pueden moverse cuando cambia la longitud del puente en invierno y verano (Fig. 90).

Arroz. 90

¿Los líquidos se expanden cuando se calientan? La expansión térmica de los líquidos también puede confirmarse experimentalmente. Vierta en matraces idénticos: en uno, agua y en el otro, el mismo volumen de alcohol. Cerramos los matraces con tapones y tubos. Marcamos los niveles iniciales de agua y alcohol en los tubos con anillos de goma (Fig. 91, a). Coloque los matraces en un recipiente con agua caliente. El nivel del agua en los tubos aumentará (Fig. 91, b). El agua y el alcohol se expanden cuando se calientan. Pero el nivel en el tubo del matraz con alcohol es mayor. Esto significa que el alcohol se expande más. Por eso, expansión térmica de varios líquidos, así como sólidos, desigualmente.

Arroz. 91

¿Los gases experimentan expansión térmica? Respondamos la pregunta usando la experiencia. Cerrar el matraz con aire con un tapón con tubo curvo. Hay una gota de líquido en el tubo (Fig. 92, a). Basta acercar las manos al matraz y la gota comienza a moverse hacia la derecha (Fig. 92, b). Esto confirma la expansión térmica del aire cuando se calienta aunque sea ligeramente. Además, lo que es muy importante, todos los gases, a diferencia de los sólidos y líquidos, cuando se calientan expandirse igualmente.

Arroz. 92

Piensa y responde 1. ¿Cómo se llama expansión térmica de los cuerpos? 2. Dé ejemplos de expansión térmica (compresión) de sólidos, líquidos y gases. 3. ¿En qué se diferencia la expansión térmica de los gases de la expansión térmica de sólidos y líquidos?

Hazlo tu mismo en casa

Usando una botella de plástico y un tubo delgado de jugo, realice un experimento en casa sobre la expansión térmica del aire y el agua. Describe los resultados del experimento en tu cuaderno.

¡Interesante saberlo!

No se puede beber agua fría inmediatamente después de beber té caliente. Los cambios bruscos de temperatura suelen provocar daños en los dientes. Esto se explica por el hecho de que la sustancia principal del diente, la dentina, y el esmalte que recubre el diente se expanden de forma diferente ante el mismo cambio de temperatura.