T.I.RADČENKO(škola br. 26, Vladikavkaz),
I.V.SILAEV(Državno sveučilište Sjeverne Osetije)
[e-mail zaštićen] ,
Vladikavkaz, Rep. Sjeverna Osetija Alanija)

Toplinsko širenje čvrstih tijela

Hoće li se promijeniti promjer rupe u okrugloj ploči kada se zagrijava?

(Pitanje je predložio list “Fizika” u broju 11/06.)

Primjeri iz tehnike

Promjer rupe se povećava kada se zagrijava. Ovo nalazi primjenu u tehnologiji. Na primjer, u motorima VAZ-1111, Tavria ZAZ-1102 i drugima, svaki klip je spojen na gornju glavu svoje klipnjače zakretno, pomoću klipnog klipa (čelične cijevi), koji je umetnut u odgovarajuće rupe na klip i klipnjača. U ovom slučaju, prst je fiksiran u gornjoj glavi klipnjače pomoću vrućeg spoja, zagrijavajući gornji dio klipnjače. Kada se hladi, promjer rupe u glavi se smanjuje, a klin postaje čvrsto stegnut, što eliminira njegove uzdužne pomake i stvaranje brazda na stijenkama cilindra kada klipovi izvode recipročno kretanje.

Prethodno zagrijani stezni prsten pričvršćen je slično osovinama osovina koje povezuju diferencijal s pogonskim kotačima, na primjer, na automobilima Volga i Zhiguli. (Diferencijal je uređaj koji omogućuje pogonskim kotačima automobila da se okreću različitim frekvencijama, na primjer, tijekom zavoja, kada unutarnji kotač, najbliži središtu zavoja, prolazi duž kruga manjeg radijusa od vanjskog jedan.) Vanjski kraj osovine (s kotačem automobila) postavljen je na kuglični ležaj, čiji je vanjski prsten čvrsto stegnut. Osovina osovine se okreće zajedno s unutarnjim prstenom ležaja. Kako bi se spriječilo da osovinsko vratilo napusti ležaj zbog uzdužnih pomaka, drži ga na mjestu stezni prsten. Ovaj prsten, kada se stavi na osovinu, okreće se s njom. Zatvoren je kućištem poluosovine i preko opružnog prstena naliježe na fiksni ležaj, koji sprječava odmicanje poluosovine i kotača od uzdužne osi automobila.

Primjeri bi se mogli nastaviti...

Fizika toplinskog širenja

Razmotrimo sada pitanje sa stajališta fizike. Zamislimo da rupu čini osam atoma ili molekula (o čemu ćemo govoriti čestice). Čestice čvrstog tijela uglavnom osciliraju oko svojih ravnotežnih položaja i vrlo rijetko skaču na druga mjesta - njihovo "stabilno" vrijeme života je 0,1–0,001 s čak i blizu tališta, a na nižim temperaturama već sati i dani (sjetite se difuzije stope u čvrstim tvarima). Dakle, broj čestica koje uokviruju rupu ostat će nepromijenjen dok ne počne prijelaz u tekuću fazu. S porastom temperature povećavat će se raspon titranja svake čestice, zauzimat će više mjesta u prostoru, a samim time će se povećavati i promjer rupe. Čestice se ne mogu približiti jedna drugoj, jer u isto vrijeme će se početi "preklapati".

Da biste dali znanstvena objašnjenja, morat ćete se prisjetiti grafikona interakcijske sile Fčestice iz daljine r između ovih čestica. Dobiva se zbrajanjem ordinata odgovarajućih točaka gornje krivulje II, koja opisuje odbojnu silu, i donje I, koja opisuje privlačnu silu. Rezultirajuća krivulja III ima prilično složen oblik, jer Odbojna sila obrnuto je proporcionalna trinaestoj potenciji udaljenosti, a privlačna sila obrnuto proporcionalna sedmoj potenciji. Krivulja IV izgleda slično, pokazujući ovisnost potencijalne energije o udaljenosti E str. U položaju ravnoteže r 0, krivulja III prolazi kroz nulu (rezultanta primijenjenih sila je nula), a krivulja IV prolazi kroz minimum (potencijalni bunar). To je stabilan položaj ravnoteže, a kako se udaljenost između čestica smanjuje, vršit će se rad protiv odbojnih sila, što će dovesti do smanjenja kinetičke energije čestice na nulu, tako da jedna čestica neće “udariti” drugu , poput udara bilijarskih kugli.

Općenito, toplinsko gibanje čestica smatra se njihovim oscilacijama u blizini središta koja se nalaze na ravnotežnoj udaljenosti jedna od druge, što je različito za različite tvari. Slobodni volumen u tekućinama iznosi približno 29% ukupnog volumena, a u krutim tvarima do 26%. "Molekule (atomi) krutih tijela tako su čvrsto raspoređene da se njihove elektronske ljuske dodiruju, a ponekad i preklapaju." Dakle, očito je ispravnije govoriti o položaju ne samih molekula, već njihovih centara.

Pogledajmo ponovno IV krivulju. Dubina potencijalne jame određuje energiju vezanja molekula. Imajte na umu da krivulja nije simetrična u odnosu na svoj minimum. “Iz tog razloga, samo će vrlo male vibracije čestica oko ravnotežnog položaja imati harmonijski karakter. S povećanjem amplitude oscilacija (što se događa s porastom temperature), anharmoničnost (tj. odstupanje oscilacija od harmonika) će postajati sve očiglednija. To dovodi do povećanja prosječnih udaljenosti između čestica i, posljedično, do povećanja volumena." “Na nižoj temperaturi, molekula vibrira oko točke A unutar segmenta A 1 A 2. Prosječna udaljenost između molekula u interakciji (mentalno smo postavili drugu molekulu u ishodište) je r 0 . Kako se temperatura povećava, energija vibracije raste; sada molekula oscilira unutar segmenta U 1 U 2. Položaj ravnoteže odgovara sredini segmenta U 1 U 2, tj. točka U". Dakle, iako su amplitude oscilacija male, zbog anharmoničnosti pojedini titraji nisu neovisni, već su međusobno povezani. Zato r 0 (udaljenost na kojoj je zbroj sila privlačenja i odbijanja dviju molekula jednak nuli) počinje rasti s porastom temperature.

Računanje toplinske vodljivosti i toplinskog širenja krutih tvari za motor s unutarnjim izgaranjem automobila

Toplinsko širenje u tehnologiji mora se stalno uzimati u obzir. Ako uzmemo spomenute klipove u motorima automobila, tada će biti nekoliko opcija odjednom. Tako, na primjer, glava klipa (njen gornji dio) ima nešto manji promjer od suknje (donji dio), jer glava je u izravnom kontaktu sa zagrijanim plinovima. Više se zagrijava i više širi. U isto vrijeme, inženjeri moraju poštovati dva međusobno isključiva zahtjeva. S jedne strane, potrebno je osigurati dobro brtvljenje između klipa i cilindra, as druge strane, izbjeći zaglavljivanje klipa pri zagrijavanju. U tu svrhu oko oboda glave izrađuju se utori u koje se postavljaju posebni prstenovi: kompresijski i prstenovi za struganje ulja.

Kompresijski prstenovi imaju proreze tzv brave, koji omogućuju brtvljenje razmaka bez zaglavljivanja klipa. Zapinjanje je također spriječeno posebnim oblikom klipnog ruba - u obliku elipse, čija je velika os okomita na os klipnog klipa i leži u ravnini djelovanja bočnih sila. Kao rezultat toga, eliminiraju se i lupanje kada je motor hladan i lijepljenje suknje kada se grije: elipsa postaje krug, a klip se nastavlja slobodno kretati unutar cilindra.

Također možete spriječiti zaglavljivanje tako što ćete napraviti kompenzacijske rezove u suknji: koso, u obliku slova T, u obliku slova U, zbog čega širenje metala pri zagrijavanju ne dovodi do povećanja promjera klipa. Zagrijavanje gornjeg kompresijskog prstena klipa može se smanjiti upotrebom utora izrađenog u klipu ili vatrenog pojasa koji sprječava protok dodatne topline iz gornjeg dijela glave klipa, zagrijan vrućim plinovima u cilindru.

Kako bi se bolje odvodila toplina s klipova i cilindara, i sami klipovi i glava cilindra izrađeni su od legure aluminija, koja ima dobru toplinsku vodljivost. Postoje motori kod kojih je cijeli blok cilindra izliven od aluminijske legure. Osim toga, predviđen je poseban sustav hlađenja (zrak ili tekućina). Na primjer, tzv rashladni plašt Tekući sustav osigurava odvođenje topline i iz cilindara i iz komora za izgaranje.

Književnost

1. Plekhanov I.P. Automobil. – M.: Obrazovanje, 1984.

2. Šestopalov K.S.,Demikhovski S.F. Automobili. – M.: DOSAAF, 1989.

3. Podgornova I.I.. Molekularna fizika u srednjoj školi. – M.: Obrazovanje, 1970.

4. Berger N.M.. Proučavanje toplinskih pojava u srednjoškolskom kolegiju fizike. – M.: Obrazovanje, 1981.

5. Shamash S.Ya. Metodika nastave fizike u srednjoj školi. – M.: Obrazovanje, 1975.

6. Bludov M.I. Razgovori o fizici. – M.: Obrazovanje, 1992.

7. Saveljev A.V. Tečaj opće fizike: T. 1. – M.: Nauka, 1970.

8. Fizički enciklopedijski rječnik: ur. Prokhorova A.M. – M.: Sovjetska enciklopedija, 1984.

Toplinsko širenje je promjena veličine i volumena tijela pod utjecajem temperature.

Kada se temperatura mijenja, mijenjaju se i dimenzije čvrstih tijela. Karakterizirano je širenje pod utjecajem temperature koeficijent linearnog toplinskog širenja.

Promjena linearnih dimenzija tijela opisuje se formulom: l = l 0 (1 + α ⋅ Δ T), gdje je

l - duljina tijela;

l 0 - početna duljina tijela;

α je koeficijent linearnog toplinskog širenja;

Δ T - temperaturna razlika.

Koeficijent linearnog toplinskog širenja pokazuje za koliko će se udjela izvorne duljine ili širine promijeniti veličina tijela ako se njegova temperatura poveća za 1 stupanj.

Primjer:

\(10\) kmželjezničke tračnice s porastom temperature zraka za \(9\) stupnjeva (npr. od \(-5\) do \(+4\)), produžuju se za 10 000 ⋅ 0,000012 ⋅ 9 = 1,08 metara. Iz tog razloga ostavljaju se praznine između dijelova tračnica.

Kod korištenja cjevovoda mora se uzeti u obzir i toplinsko širenje kompenzatori- zakrivljene cijevi koje se mogu saviti ako je potrebno kada se temperatura zraka promijeni. Slika pokazuje što će se dogoditi ako nema kompenzatora.

Inženjeri koji projektiraju mostove, opremu i zgrade koje su podložne temperaturnim promjenama moraju znati koji se materijali mogu spajati kako bi se spriječilo stvaranje pukotina.

Električari koji postavljaju električne vodove moraju znati kojim će temperaturnim promjenama biti izložene žice. Ako su žice rastegnute ljeti, zimi će puknuti.

Kada dođe do toplinskog širenja metala, koriste se automatski prekidači toplinskih uređaja. Ovaj prekidač se sastoji od dvije čvrsto povezane ploče od različitih metala (s različitim toplinskim koeficijentima). Bimetalne ploče pod utjecajem temperature savijaju se ili ispravljaju, zatvarajući ili otvarajući električni krug.

Promjenom linearnih dimenzija mijenja se i volumen tijela. Promjena volumena tijela opisuje se formulom sličnom formuli linearnog širenja, samo se umjesto koeficijenta linearnog toplinskog rastezanja koristi volumetrijski toplinski koeficijentproširenja.

Promjena volumena tijela pod utjecajem temperature opisuje se formulom: V = V 0 (1 β ⋅ Δ T), gdje je

V - volumen tijela;

V 0 - početni volumen tijela;

β - koeficijent volumetrijskog toplinskog širenja;

Δ T - temperaturna razlika.

Koeficijent volumnog toplinskog rastezanja pokazuje za koji će se dio prvobitnog volumena promijeniti volumen tijela nakon povećanja temperature za 1 stupanj.

Supstanca	Koeficijent ekspanzije volumena β , K − 1
Merkur...

Diferencijalno širenjeima veliki praktični značaj. Ponekad je vrlo teško otvoriti metalne čepove na staklene ili plastične boce. Ako se vrh boce drži pod tekućom vrućom vodom, metal će se proširiti više od stakla ili plastike, a čep će se lako otvoriti.

Stakleni čep koji čvrsto pristaje uz grlo staklene boce također se može ukloniti držanjem grla pod tekućom vrućom vodom. Iako je koeficijent širenja grla isti kao kod pluta, staklo je vrlo visoko i grlo će se proširiti prije nego što se čep zagrije, a čep se može lako ukloniti.

Staklo koje se širi često je izvor problema kod kuće. Kada se stakleno posuđe napuni vrućom tekućinom, često se razbije. Razlog je što dio stakla koji je u dodiru s vrućom tekućinom vrlo brzo poprima temperaturu tekućine i širi se, dok ostatak ostaje hladan, jer je staklo slab vodič.

Kao rezultat toga, unutar čaše se stvara napetost, a posuđe puca. Razborit će kuhar prilikom pravljenja pekmeza prethodno zagrijati posudu u pećnici prije nego što je napuni pekmezom. Time se osigurava da se i čaša i džem zagriju na približno istu temperaturu. Vaše dragocjeno brušeno stakleno posuđe bit će sačuvano ako ga stavite u vruću vodu.

Razna toplinska širenja u svakodnevnom životu

Period njihala ovisi o duljini samog njihala. Kad temperatura poraste, duljina njihala se povećava i njegov period titranja se povećava. Visak se sporije njiše. Slika prikazuje dvije vrste kompenziranog njihala. Na slici 1. štap je izrađen od invara, a tijelo njihala od leće je od čelika.

Širenje invara prema dolje kompenzira se širenjem leća prema gore. U tom slučaju položaj težišta, dakle, ostaje nepromijenjen. Za postavljanje željenog perioda titranja njihala, položaj leće se podešava pomoću vijka. Jednom postavljeno u željeni položaj, takvo njihalo se samokompenzira.

Slika 1, b prikazuje složenije njihalo. Neosjenčane šipke su veće i dovoljno se šire da kompenziraju širenje duljih osjenčanih šipki. U današnje vrijeme, kada se većina zgrada grije centralno, održava se manje-više konstantna temperatura, ali je još uvijek važno kompenzirati toplinske učinke.

Termostat za plinsku pećnicu (slika 2) koristi različito toplinsko širenje metala. Plin se dovodi kroz ulaznu cijev i prolazi kroz otvore D, E i F do plamenika. Cilindar B je izrađen od mesinga, a šipka A od invara. Kako temperatura pećnice raste, mjed se širi mnogo više od invara, uzrokujući da se ventil C pomakne ulijevo i zatvori rupe E i F.

Tako se smanjuje dovod plina u pećnicu i plin slabo gori. Otvor D je neophodan za primanje plina kako bi se spriječilo gašenje plamenika kada je ventil zatvoren. Kako se cilindar B hladi, skuplja se i ventil C se pomiče udesno, dopuštajući više plina plamenicima. Vanjski regulator G omogućuje zatezanje ili otpuštanje ventila C, čime se smanjuje ili povećava protok plina i smanjuje ili povećava temperatura u pećnici.

Žice ljeti vise vise nego zimi, tj. ljeti su duze. Ako uzmete punu bocu hladne vode i stavite je na toplo mjesto, s vremenom će se dio vode izliti iz boce, jer se voda tijekom zagrijavanja širi. Balon iznesen iz sobe na hladno smanjuje se u volumenu.

1. Osiguravamo toplinsko širenje čvrstih tvari, tekućina i plinova

Jednostavni pokusi i brojna opažanja uvjeravaju nas da se krutine, tekućine i plinovi u pravilu šire tijekom zagrijavanja, a skupljaju pri hlađenju.

Toplinsko širenje tekućina i plinova može se lako promatrati pomoću tikvice čije je grlo čvrsto zatvoreno, au čep je umetnuta staklena cijev. Pretvorimo tikvicu napunjenu zrakom u posudu s vodom.

Sada je dovoljno rukom uhvatiti tikvicu i ubrzo će zrak, šireći se u tikvici, izaći u obliku mjehurića iz cijevi ispod vode (sl. 2.30).

Sada napunimo tikvicu s malo obojene tekućine i zatvorimo je tako da dio tekućine uđe u cijev (slika 2.31, a). Označimo razinu tekućine u cijevi i spustimo tikvicu u posudu s vrućom vodom. U prvom trenutku, razina tekućine će malo pasti (slika 2.31, b), a to se može objasniti činjenicom da se tikvica prvo zagrijava i širi, a tek onda, kada se zagrije, voda se širi.

Riža. 2.30. Kada se zagrije, zrak u tikvici se širi i dio napušta tikvicu - to se vidi po mjehurićima zraka koji izlaze iz cijevi

Riža. 2.31 Pokus koji pokazuje da se tekućina (poput krutina i plinova) pri zagrijavanju širi: a - zatvorena tikvica s tekućinom u cijevi; b - u prvom trenutku zagrijavanja, razina tekućine lagano se smanjuje; c - s daljnjim zagrijavanjem, razina tekućine značajno raste

Uskoro ćemo vidjeti da će se, kako se tikvica i voda u njoj zagrijavaju, razina tekućine u cijevi primjetno povećati (slika 2.31, c). Dakle, krutine i tekućine, poput plinova, šire se kada se zagrijavaju. Istraživanja su pokazala da se krute tvari i tekućine mnogo manje šire tijekom zagrijavanja od plinova.

Toplinsko širenje krutina također se može pokazati u sljedećem pokusu. Uzmimo bakrenu kuglicu, koja u nezagrijanom stanju lako prolazi kroz prsten koji joj je pričvršćen. Zagrijte loptu u plamenu alkoholne svjetiljke i uvjerite se da lopta više neće proći kroz prsten (slika 2.32, a). Nakon hlađenja, lopta će lako ponovno proći kroz prsten (slika 2.32, b).

2. Utvrdite uzrok toplinskog širenja

Što je razlog povećanja volumena tijela tijekom zagrijavanja, budući da se broj molekula ne mijenja s porastom temperature?

Atomsko-molekularna teorija objašnjava toplinsko širenje tijela činjenicom da se s porastom temperature povećava brzina gibanja atoma i molekula. Zbog toga se prosječna udaljenost između atoma (molekula) povećava.

Riža. 2.32. Pokus koji ilustrira toplinsko širenje čvrstih tijela: a - u zagrijanom stanju kuglica ne prolazi kroz prsten; b - nakon hlađenja, lopta prolazi kroz prsten

Sukladno tome, volumen tijela se povećava. I obrnuto, što je niža temperatura tvari, to su manji međumolekularni razmaci. Iznimka je voda, lijevano željezo i neke druge tvari. Voda se, na primjer, širi samo na temperaturama iznad 4 °C; na temperaturama od O 0C do 4 0C zagrijavanjem se volumen vode smanjuje.

3. Okarakterizirajte toplinsko rastezanje krutina

Otkrijmo kako se linearne dimenzije čvrstog tijela mijenjaju zbog promjena temperature. Da biste to učinili, izmjerite duljinu aluminijske cijevi, zatim zagrijte cijev propuštanjem vruće vode kroz nju. Nakon nekog vremena možete primijetiti da se duljina cijevi malo povećala.

Zamjenom aluminijske cijevi staklenom iste duljine uvjerit ćemo se da se pri jednakom porastu temperature duljina staklene cijevi znatno manje povećava od duljine aluminijske. Dakle, zaključujemo: toplinsko rastezanje tijela ovisi o tvari od koje je ono napravljeno.

Fizička veličina koja karakterizira toplinsko širenje materijala i brojčano je jednaka omjeru promjene duljine tijela uslijed zagrijavanja za I ° C i njegove početne duljine naziva se temperaturni koeficijent linearnog širenja.

Temperaturni koeficijent linearnog širenja označen je simbolom a i izračunava se formulom:

Iz definicije temperaturnog koeficijenta linearnog širenja može se dobiti jedinica ove fizikalne veličine:

Donja tablica prikazuje temperaturne koeficijente linearnog širenja nekih tvari.

4. Upoznavanje toplinskog rastezanja u prirodi i tehnici

Sposobnost tijela da se šire tijekom zagrijavanja i skupljaju tijekom hlađenja igra vrlo važnu ulogu u prirodi. Zemljina se površina zagrijava neravnomjerno. Zbog toga se i zrak u blizini Zemlje neravnomjerno širi i stvara se vjetar koji određuje vremenske promjene. Neravnomjerno zagrijavanje vode u morima i oceanima dovodi do pojave strujanja koja značajno utječu na klimu. Oštre temperaturne fluktuacije u planinskim područjima uzrokuju širenje i skupljanje stijena. A budući da stupanj ekspanzije ovisi o vrsti stijene, ekspanzija i kompresija se javljaju neravnomjerno, a kao rezultat toga nastaju pukotine koje dovode do uništenja tih stijena.

Toplinsko širenje mora se uzeti u obzir kod izgradnje mostova i dalekovoda, polaganja toplovoda, polaganja željezničkih tračnica, izrade armiranobetonskih konstrukcija iu mnogim drugim slučajevima.

Fenomen toplinskog širenja naširoko se koristi u tehnologiji i svakodnevnom životu. Dakle, za automatsko zatvaranje i otvaranje električnih krugova koriste se bimetalne ploče - sastoje se od dvije trake s različitim koeficijentima linearnog širenja (slika 2.33). Toplinsko širenje zraka pomaže ravnomjernom zagrijavanju stana, hlađenju hrane u hladnjaku i prozračivanju prostorije.

Riža. 2.33. Za proizvodnju automatskih osigurača (a), za automatsko uključivanje i isključivanje uređaja za grijanje (b), naširoko se koriste bimetalne ploče (c). Kako se temperatura povećava, jedan od metala se širi mnogo više od drugog, zbog čega se ploča savija (d) i otvara (ili zatvara)

5. Učenje rješavanja problema

Duljina čelične željezničke tračnice pri temperaturi od 0 o C je 8 g za koliko će se njezina duljina povećati za vrućeg ljetnog dana pri temperaturi od 40 °C?

Analiza stanja problema. Znajući kako se mijenja duljina čeličnog dijela uslijed zagrijavanja za 1 °C, odnosno znajući temperaturni koeficijent linearnog rastezanja čelika, saznat ćemo koliko će se promijeniti duljina tračnice uslijed zagrijavanja za 40 °C. Temperaturni koeficijent linearnog širenja čelika može se pronaći iz gornje tablice.

• Sažmimo to

Krutine, tekućine i plinovi imaju tendenciju širenja kada se zagrijavaju. Razlog toplinskog širenja je taj što se s povećanjem temperature povećava brzina kretanja atoma i molekula. Zbog toga se prosječna udaljenost između atoma (molekula) povećava. Toplinsko širenje krutina karakterizira koeficijent linearnog širenja. Koeficijent linearnog širenja brojčano je jednak omjeru promjene duljine tijela uslijed zagrijavanja za 1 o C i njegove početne duljine.

• Kontrolna pitanja

1. Navedite primjere koji pokazuju da se krutine, tekućine i plinovi šire pri zagrijavanju.

2. Opišite pokus kojim se dokazuje toplinsko širenje tekućina.

3. Što je razlog povećanja volumena tijela tijekom zagrijavanja?

4. Što, osim temperature, uvjetuje promjenu veličine tijela tijekom njihova zagrijavanja (hlađenja)?

5. U kojim jedinicama se mjeri koeficijent linearne ekspanzije?

• Vježbe

1. Odaberite sve točne odgovore. Kada se tijelo ohladi, tada:

a) smanjuje se brzina kretanja njegovih molekula;
b) povećava se brzina kretanja njegovih molekula;
c) smanjuje se udaljenost između njegovih molekula;
d) povećava se udaljenost između njegovih molekula.

2. Kako će se promijeniti obujam balona ako ga premjestimo iz hladne prostorije u toplu? Zašto?
3. Što se događa s udaljenostima između čestica tekućine u termometru kada se ohladi?
4. Je li ispravno reći da se tijelo zagrijavanjem povećava jer se povećava veličina njegovih molekula? Ako ne, ponudite vlastitu, ispravljenu verziju.
5 . Zašto precizni mjerni instrumenti pokazuju temperaturu?
6. Sjetite se pokusa s bakrenom kuglicom koja je uslijed zagrijavanja zapela u prstenu (vidi sl. 2.32). Kako se zbog zagrijavanja promijenio: volumen lopte; njegova masa; gustoća; prosječna brzina atoma?
7. Nakon što je para iz kipuće vode propuštena kroz mjedenu cijev, duljina cijevi se povećala za 1,62 mm. Koliki je koeficijent linearnog rastezanja mesinga ako je na temperaturi od 15 0C
Je li duljina cijevi 1 m? Podsjećamo da je temperatura kipuće vode 100 °C.
8. Platinasta žica duljine 1,5 m bila je na temperaturi od 0 °C. Uslijed prolaska električne struje žica se zagrijala i produžila za 15 mm. Na koju temperaturu je zagrijan?
9. Pravokutni bakreni lim čije su dimenzije pri temperaturi 20 0C 60 cm x 50 cm zagrijan je na 600 °C. Kako se promijenila lisna površina?

• Eksperimentalni zadaci

1. Kako, s daskom, čekićem, dva čavla, špiritusnom svjetiljkom i pincetom, možete pokazati da se veličina kovanice od 5 kopejki povećava zagrijavanjem? Izvedite odgovarajući pokus. Objasnite uočenu pojavu.

2. Napunite bocu vodom dok se unutra ne pojavi mjehurić zraka. Zagrijte bocu u vrućoj vodi. Gledajte kako se mijenja veličina mjehurića. Objasnite rezultat..

Fizika. 7. razred: Udžbenik / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: Izdavačka kuća "Ranok", 2007. - 192 str.: ilustr.

Sadržaj lekcije bilješke o lekciji i prateći okvir lekcija prezentacija interaktivne tehnologije akcelerator nastavne metode Praksa testovi, testiranje online zadaci i vježbe domaće zadaće radionice i treninzi pitanja za razredne rasprave Ilustracije video i audio materijali fotografije, slike, grafikoni, tablice, dijagrami, stripovi, parabole, izreke, križaljke, anegdote, vicevi, citati Dodaci sažeci varalica savjeti za znatiželjne članci (MAN) literatura osnovni i dodatni rječnik pojmova Poboljšanje udžbenika i nastave ispravljanje pogrešaka u udžbeniku, zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje kalendarski planovi programi obuke metodološke preporuke

Iz prethodnih odlomaka znamo da se sve tvari sastoje od čestica (atoma, molekula). Te se čestice neprestano kaotično kreću. Kada se tvar zagrijava, kretanje njezinih čestica postaje brže. Istodobno se povećavaju udaljenosti između čestica, što dovodi do povećanja veličine tijela.

Promjena veličine tijela pri zagrijavanju naziva se toplinsko širenje.

Toplinsko širenje krutina lako je eksperimentalno potvrditi. Čelična kuglica (slika 87, a, b, c), koja slobodno prolazi kroz prsten, nakon zagrijavanja na alkoholnoj lampi, širi se i zaglavi u prstenu. Nakon hlađenja kuglica ponovno slobodno prolazi kroz prsten. Iz iskustva proizlazi da se dimenzije krutog tijela povećavaju kada se zagrijavaju, a smanjuju kada se hlade.

Riža. 87

Toplinsko širenje različitih krutih tijela nije isto.

Toplinskim širenjem čvrstih tijela pojavljuju se goleme sile koje mogu rušiti mostove, savijati željezničke tračnice i lomiti žice. Kako se to ne bi dogodilo, pri projektiranju određene strukture uzima se u obzir faktor toplinskog širenja. Žice električnih vodova popuštaju (slika 88) da zimi, kad se skupe, ne puknu.

Riža. 88

Riža. 89

Tračnice imaju razmak na spojevima (slika 89). Nosivi dijelovi mostova postavljaju se na valjke koji se mogu pomicati pri promjeni duljine mosta zimi i ljeti (slika 90).

Riža. 90

Šire li se tekućine zagrijavanjem? Toplinsko širenje tekućina može se potvrditi i eksperimentalno. Ulijte u jednake tikvice: u jednu - vodu, au drugu - isti volumen alkohola. Tikvice zatvorimo čepovima i cjevčicama. Početne razine vode i alkohola u cijevima označavamo gumenim prstenovima (slika 91, a). Tikvice stavite u posudu s vrućom vodom. Razina vode u cijevima postat će viša (slika 91, b). Voda i alkohol se zagrijavanjem šire. Ali razina u cijevi tikvice s alkoholom je viša. To znači da se alkohol više širi. Stoga, toplinsko širenje raznih tekućina, kao i čvrste tvari, nejednako.

Riža. 91

Doživljavaju li plinovi toplinsko širenje? Odgovorimo na pitanje koristeći iskustvo. Zatvoriti tikvicu sa zrakom čepom sa zakrivljenom cijevi. U cijevi je kap tekućine (slika 92, a). Dovoljno je približiti ruke tikvici, a kap se počinje kretati udesno (slika 92, b). Ovo potvrđuje toplinsko širenje zraka kada se čak i malo zagrije. Štoviše, što je vrlo važno, svi plinovi, za razliku od krutina i tekućina, kada se zagrijavaju proširiti jednako.

Riža. 92

Razmisli i odgovori 1. Što se naziva toplinsko širenje tijela? 2. Navedite primjere toplinskog širenja (sabijanja) krutina, tekućina i plinova. 3. Po čemu se toplinsko širenje plinova razlikuje od toplinskog rastezanja krutina i tekućina?

Učinite to sami kod kuće

Koristeći plastičnu bocu i tanku cijev za sok, izvedite kod kuće pokus o toplinskom širenju zraka i vode. Opiši rezultate pokusa u svoju bilježnicu.

Zanimljivo znati!

Nakon vrućeg čaja ne možete odmah piti hladnu vodu. Nagle promjene temperature često dovode do oštećenja zuba. To se objašnjava činjenicom da se osnovna tvar zuba - dentin - i caklina koja prekriva zub različito šire pri istoj promjeni temperature.