T.I.RADCHENKO(Vlagyikavkaz 26. számú iskola),
I.V.SILAEV(Észak-Oszét Állami Egyetem)
[e-mail védett] ,
Vladikavkaz, Rep. Észak-Oszétia Alania)
Szilárd anyagok hőtágulása
Megváltozik-e a kerek lemez furatának átmérője, ha melegítik?
(A kérdést a „Fizika” újság tette fel a 11/06. számban.)
Példák a technikából
A lyuk átmérője melegítéskor nő. Ezt a technológiában alkalmazzák. Például a VAZ-1111, a Tavria ZAZ-1102 és mások motorjaiban minden dugattyú elforgathatóan csatlakozik a hajtórúd felső fejéhez egy dugattyúcsap (acélcső) segítségével, amelyet a megfelelő lyukakba helyeznek. dugattyú és hajtórúd. Ebben az esetben az ujjat forró illesztéssel rögzítik a hajtórúd felső fejébe, melegítve a hajtórúd felső részét. Hűtéskor a fejben lévő furat átmérője csökken, és a csap szorosan beszorul, ami kiküszöböli annak hosszirányú elmozdulását és a hengerfalakon a bemetszések kialakulását, amikor a dugattyúk oda-vissza mozgást végeznek.
A differenciálművet a meghajtó kerekekkel összekötő tengelytengelyekhez hasonlóan előmelegített szorítógyűrű van rögzítve, például a Volga és a Zhiguli autókon. (A differenciálmű olyan eszköz, amely lehetővé teszi, hogy az autó hajtott kerekei különböző frekvencián forogjanak, például egy kanyar során, amikor a kanyar középpontjához legközelebb eső belső kerék egy kisebb sugarú kör mentén fut, mint a külső 1.) A tengelytengely külső vége (az autókerékkel együtt) golyóscsapágyra van felszerelve, melynek külső gyűrűje szorosan rögzítve van. A tengelytengely a csapágy belső gyűrűjével együtt forog. Hogy a tengelytengely ne hagyja el a csapágyat a hosszirányú elmozdulások miatt, egy szorítógyűrű tartja a helyén. Ez a gyűrű a tengelytengelyre helyezve együtt forog vele. A tengelytengely háza zárja le, és egy rugógyűrűn keresztül egy rögzített csapágyra támaszkodik, amely megakadályozza, hogy a tengely és a kerék elmozduljon az autó hossztengelyétől.
A példákat lehetne folytatni...
A hőtágulás fizikája
Vizsgáljuk meg most a kérdést a fizika szemszögéből. Képzeljük el, hogy a lyukat nyolc atom vagy molekula alkotja (beszélni fogunk részecskék). A szilárd test részecskéi főként egyensúlyi helyzetük körül oszcillálnak, és meglehetősen ritkán ugrálnak más helyre - „letelepedett” élettartamuk az olvadáspont közelében is 0,1-0,001 s, alacsonyabb hőmérsékleten pedig már órák, napok (emlékezzünk a diffúzióra). arányok szilárd anyagokban). Így a lyukat keretező részecskék száma változatlan marad mindaddig, amíg a folyékony fázisba való átmenet meg nem kezdődik. A hőmérséklet emelkedésével az egyes részecskék rezgési tartománya megnő, több helyet foglal el a térben, ezért a lyuk átmérője megnő. A részecskék nem közelíthetik meg egymást, mert ugyanakkor elkezdenek „átfedni”.
Ahhoz, hogy tudományos magyarázatokat adjon, fel kell idéznie a kölcsönhatási erő grafikonját F részecskék távolról r e részecskék között. Ezt úgy kapjuk meg, hogy összeadjuk a taszítóerőt leíró II felső görbe és a vonzóerőt leíró alsó I görbe megfelelő pontjainak ordinátáit. A kapott III. görbe meglehetősen összetett alakú, mert A taszító erő fordítottan arányos a távolság tizenharmadik hatványával, a vonzóerő pedig a hetedik. A IV. görbe hasonlóan néz ki, amely a potenciális energia távolságtól való függését mutatja E p. Egyensúlyi helyzetben r 0, a III. görbe nullán halad át (az alkalmazott erők eredője nulla), a IV. görbe pedig egy minimumon (potenciálkuton) halad át. Ez egy stabil egyensúlyi helyzet, és ahogy a részecskék távolsága csökken, a taszító erők ellen munka folyik, ami a részecske mozgási energiájának nullára csökkenéséhez vezet, így az egyik részecske nem „üti” a másikat. , mint a biliárdlabdák hatása.
Általában a részecskék hőmozgását az egymástól egyensúlyi távolságban elhelyezkedő centrumok közelében való rezgésének tekintik, ami a különböző anyagoknál eltérő. A szabad térfogat folyadékokban a teljes térfogat körülbelül 29%-a, szilárd anyagokban pedig legfeljebb 26%. "A szilárd anyagok molekulái (atomjai) olyan szorosan vannak elrendezve, hogy elektronhéjaik összeérnek, és néha átfedik egymást." Úgy tűnik tehát, helyesebb nem maguknak a molekuláknak, hanem a központjaik helyzetéről beszélni.
Nézzük újra a IV görbét. A potenciál mélysége meghatározza a molekulák kötési energiáját. Vegye figyelembe, hogy a görbe nem szimmetrikus a minimumához képest. „Ebből az okból kifolyólag a részecskéknek csak nagyon kis rezgései az egyensúlyi helyzetben lesznek harmonikus jellegűek. A rezgések amplitúdójának növekedésével (ami a hőmérséklet emelkedésével következik be), az anharmonicitás (azaz a rezgések harmonikustól való eltérése) egyre nyilvánvalóbbá válik. Ez a részecskék közötti átlagos távolság növekedéséhez, következésképpen a térfogat növekedéséhez vezet." „Alacsonyabb hőmérsékleten a molekula a pont körül rezeg A a szegmensen belül A 1 A 2. A kölcsönható molekulák közötti átlagos távolság (gondolatban a második molekulát az origóba helyeztük) az r 0 . A hőmérséklet növekedésével a rezgés energiája nő; most a molekula oszcillál a szegmensen belül BAN BEN 1 BAN BEN 2. Az egyensúlyi helyzet a szakasz közepének felel meg BAN BEN 1 BAN BEN 2, azaz pont BAN BEN". Így bár az oszcillációk amplitúdói kicsik, az anharmonicitás miatt az egyes rezgések nem függetlenek, hanem összefüggenek egymással. Ezért r 0 (az a távolság, amelynél két molekula vonzási és taszító erejének összege nulla) a hőmérséklet emelkedésével nőni kezd.
A szilárd anyagok hővezető képességének és hőtágulásának számítása egy autó belső égésű motorjához
A technológiában a hőtágulást mindig figyelembe kell venni. Ha az említett dugattyúkat autómotorokban vesszük, akkor egyszerre több lehetőség is lesz. Így például a dugattyúfej (a felső része) valamivel kisebb átmérőjű, mint a szoknya (alsó része), mert a fej közvetlenül érintkezik felmelegített gázokkal. Egyre jobban felmelegszik és jobban kitágul. A mérnököknek ugyanakkor két, egymást kizáró követelménynek kell megfelelniük. Egyrészt biztosítani kell a jó tömítést a dugattyú és a henger között, másrészt el kell kerülni a dugattyú beszorulását melegítéskor. Ebből a célból a fej kerületén hornyokat készítenek, amelyekbe speciális gyűrűket helyeznek: kompressziós és olajkaparó gyűrűket. 
A kompressziós gyűrűk ún zárak, amelyek lehetővé teszik a rés lezárását a dugattyú elakadása nélkül. A beszorulást megakadályozza a dugattyúszoknya speciális formája is - ellipszis formájában, amelynek főtengelye merőleges a dugattyúcsap tengelyére, és az oldalsó erők hatássíkjában fekszik. Ennek eredményeként mind a hideg motor kopogása, mind a fűtési szoknya tapadása megszűnik: az ellipszis kör alakúvá válik, és a dugattyú szabadon mozog a hengerben.
Az elakadást úgy is megelőzheti, hogy a szoknyában kompenzációs vágásokat készít: ferde, T-alakú, U-alakú, ami miatt a fém melegítés közbeni tágulása nem vezet a dugattyú átmérőjének növekedéséhez. A felső dugattyú kompressziós gyűrűjének felmelegedése csökkenthető a dugattyúba forgácsolt horony vagy tűzoltó heveder alkalmazásával, amely megakadályozza a dugattyúfej felső részéből további hő áramlását, amelyet a hengerben lévő forró gázok melegítenek fel.
A dugattyúk és hengerek hőjének jobb eltávolítása érdekében maguk a dugattyúk és a hengerfej is alumíniumötvözetből készül, amely jó hővezető képességgel rendelkezik. Vannak olyan motorok, ahol a teljes hengerblokk alumíniumötvözetből van öntve. Ezenkívül egy speciális hűtőrendszer (levegő vagy folyadék) is rendelkezésre áll. Például az ún hűtőköpeny A folyadékrendszer biztosítja a hőelvezetést mind a hengerekből, mind az égésterekből.
Irodalom
1. Plekhanov I.P. Autó. – M.: Nevelés, 1984.
2. Shestopalov K.S.,Demikhovsky S.F. Autók. – M.: DOSAAF, 1989.
3. Podgornova I.I.. Molekuláris fizika a középiskolában. – M.: Nevelés, 1970.
4. Berger N.M.. Hőjelenségek vizsgálata középiskolai fizika tantárgyban. – M.: Nevelés, 1981.
5. Shamash S.Ya. A fizika oktatásának módszerei a középiskolában. – M.: Nevelés, 1975.
6. Bludov M.I. Beszélgetések a fizikáról. – M.: Oktatás, 1992.
7. Saveljev A.V.Általános fizika tantárgy: T. 1. – M.: Nauka, 1970.
8. Fizikai enciklopédikus szótár: Szerk. Prokhorova A.M. – M.: Szovjet Enciklopédia, 1984.
A hőtágulás egy test méretének és térfogatának változása a hőmérséklet hatására.
A hőmérséklet változásával a szilárd testek mérete megváltozik. Jellemző a hőmérséklet hatására bekövetkező tágulás lineáris hőtágulási együttható.
A test lineáris méreteinek változását a következő képlet írja le: l = l 0 (1 + α ⋅ Δ T), ahol
l - testhossz;
l 0 - kezdeti testhossz;
α a lineáris hőtágulási együttható;
Δ T - hőmérséklet különbség.
A lineáris hőtágulási együttható azt mutatja meg, hogy a test mérete az eredeti hossznak vagy szélességnek mekkora hányadával változik, ha hőmérséklete 1 fokkal nő.
Példa:
\(10\) km vasúti sínek, amelyeknél a levegő hőmérséklete \(9\) fokkal emelkedik (például \(-5\)-ről \(+4\)-ra), 10 000 ⋅ 0,000012 ⋅ 9 = 1,08 méterrel meghosszabbodik. Emiatt rések maradnak a sínek szakaszai között.
Az általuk használt csővezetékeknél a hőtágulást is figyelembe kell venni kompenzátorok- ívelt csövek, amelyek a levegő hőmérsékletének változása esetén szükség esetén meghajlanak. Az ábra azt mutatja, hogy mi történik, ha nincs kompenzátor.
A hőmérsékletváltozásnak kitett hidakat, berendezéseket és épületeket tervező mérnököknek tudniuk kell, hogy milyen anyagokat lehet összekötni a repedések kialakulásának megakadályozása érdekében.
Az elektromos vezetékeket szerelő villanyszerelőknek tudniuk kell, milyen hőmérsékleti változásoknak lesznek kitéve a vezetékek. Ha nyáron megfeszítik a vezetékeket, télen elszakadnak.
Amikor a fémek hőtágulása megtörténik, a hőkészülékek automatikus kapcsolóit használják. Ez a kapcsoló két, egymással szorosan összekapcsolt, különböző fémből készült lemezből áll (különböző hőtényezővel). Bimetall lemezek a hőmérséklet hatására meggörbülnek vagy kiegyenesednek, elektromos áramkört zárnak vagy nyitnak.
A lineáris méretek változásával a test térfogata is változik. A test térfogatának változását a lineáris tágulási képlethez hasonló képlettel írjuk le, csak a lineáris hőtágulási együttható helyett azt használják térfogati termikus együtthatókiterjesztések.
A testtérfogat hőmérséklet hatására bekövetkező változását a következő képlet írja le: V = V 0 (1 β ⋅ Δ T), ahol
V - test térfogata;
V 0 - a test kezdeti térfogata;
β - térfogati hőtágulási együttható;
Δ T - hőmérséklet különbség.
A térfogati hőtágulási együttható azt mutatja meg, hogy az eredeti térfogat mekkora részével változik a test térfogata 1 fokos hőmérsékletemelkedés után.
Anyag | Térfogattágulási együttható β , K-1 |
Higany... | |
Differenciál bővítésnagy gyakorlati jelentősége van. Néha nagyon nehéz kinyitni az üveg vagy műanyag palackok fém csavaros kupakját. Ha a palack tetejét folyó forró víz alatt tartják, a fém jobban kitágul, mint az üveg vagy a műanyag, és a kupak könnyen kinyílik.
Az üvegpalack nyakába szorosan illeszkedő üvegdugót úgy is el lehet távolítani, hogy a nyakat folyó forró víz alá tartjuk. Bár a nyak tágulási együtthatója megegyezik a parafával, de az üveg nagyon magas, és a nyak kitágul, mielőtt a parafa felforrósodik, és a parafa könnyen eltávolítható.
A táguló üveg gyakran okoz gondot otthon. Amikor az üvegedényeket forró folyadékkal töltik meg, az gyakran eltörik. Ennek az az oka, hogy az üvegnek a forró folyadékkal érintkező része nagyon gyorsan felveszi a folyadék hőmérsékletét és kitágul, míg a többi hideg marad, mivel az üveg rossz vezető.
Ennek eredményeként az üveg belsejében feszültség keletkezik, és az edények szétrepednek. Lekvárfőzéskor egy körültekintő szakács előmelegíti az edényt a sütőben, mielőtt megtöltené lekvárral. Ez biztosítja, hogy az üveg és a lekvár körülbelül azonos hőmérsékletre melegedjen. Értékes vágott üvegedényei megmaradnak, ha forró vízbe helyezi.
Különféle hőtágulások a mindennapi életben
Az inga időtartama magának az inga hosszától függ. A hőmérséklet emelkedésével az inga hossza növekszik, és növekszik a rezgési periódusa. Az inga lassabban leng. Az ábrán kétféle kompenzált inga látható. Az 1. ábrán a rúd invarból, a lencse inga teste acélból készült.
Az invar lefelé terjedését a lencse felfelé terjedése kompenzálja. Ebben az esetben a súlypont helyzete, tehát változatlan marad. Az inga kívánt rezgési időtartamának beállításához a lencse helyzetét csavarral állítjuk be. A kívánt helyzetbe szerelés után egy ilyen inga önkompenzáló.
Az 1. b ábra egy bonyolultabb ingát mutat. Az árnyékolatlan rudak nagyobbak és eléggé kitágulnak ahhoz, hogy kompenzálják a hosszabb árnyékolt rudak tágulását. Manapság, amikor az épületek többsége központi fűtéses, többé-kevésbé állandó hőmérsékleten tartják, de továbbra is fontos a hőhatások kompenzálása.
A gázsütő termosztátja (2. ábra) a fémek különböző hőtágulási hatását alkalmazza. A gázt a bemeneti csövön keresztül vezetik be, és a D, E és F nyílásokon keresztül jutnak el az égőkhöz. A B henger sárgarézből, az A rúd invarból készült. Ahogy a sütő hőmérséklete emelkedik, a sárgaréz sokkal jobban kitágul, mint az invar, aminek következtében a C szelep balra mozdul el, és bezárja az E és F lyukakat.
Így a sütő gázellátása csökken, és a gáz gyengén ég. A D lyuk a gáz befogadásához szükséges, hogy megakadályozzák az égők kialudását, amikor a szelep zárva van. Ahogy a B henger lehűl, összehúzódik, és a C szelep jobbra mozog, így több gáz jut az égőkhöz. A G külső szabályozó lehetővé teszi a C szelep meghúzását vagy lazítását, ezáltal csökkentve vagy növelve a gázáramlást és csökkentve vagy növelve a sütő hőmérsékletét.
A vezetékek nyáron sokkal jobban megereszkednek, mint télen, azaz nyáron hosszabbak. Ha veszel egy teli palack hideg vizet, és meleg helyre teszed, akkor idővel a víz egy része kifolyik a palackból, mivel a víz melegítés közben kitágul. A szobából a hidegbe kivitt léggömb térfogata csökken.
1. Gondoskodunk a szilárd anyagok, folyadékok és gázok hőtágulásáról
Egyszerű kísérletek és számos megfigyelés meggyőz bennünket arról, hogy a szilárd anyagok, folyadékok és gázok általában melegítés közben kitágulnak, lehűléskor pedig összehúzódnak.
A folyadékok és gázok hőtágulása jól megfigyelhető egy lombik segítségével, melynek nyakát szorosan lezárjuk, a dugóba üvegcsövet helyezünk. A levegővel megtöltött lombikot fordítsuk vízzel edénybe.
Most elég megfogni a lombikot a kezével, és hamarosan a lombikban táguló levegő buborékok formájában jön ki a víz alatti csőből (2.30. ábra).
Most töltsük meg a lombikot valamilyen színes folyadékkal, és zárjuk le úgy, hogy a folyadék egy része bejusson a csőbe (2.31. ábra, a). Jelöljük meg a csőben a folyadékszintet, és engedjük le a lombikot egy forró vizes edénybe. Az első pillanatban a folyadék szintje enyhén csökken (2.31. ábra, b), és ez azzal magyarázható, hogy a lombik először felmelegszik és kitágul, majd melegítéskor a víz kitágul.
Rizs. 2.30. Melegítéskor a lombikban lévő levegő kitágul, és egy része elhagyja a lombikot - ez látható a csőből kilépő légbuborékokon
Rizs. 2.31 Kísérlet, amely bemutatja, hogy melegítéskor a folyadék (mint a szilárd anyagok és a gázok) kitágul: a - kupakos lombik folyadékkal egy csőben; b - a melegítés első pillanatában a folyadékszint enyhén csökken; c - további melegítéssel a folyadékszint jelentősen megemelkedik
Hamarosan látni fogjuk, hogy a lombik és a benne lévő víz felmelegedésével érezhetően megnő a folyadék szintje a csőben (2.31. ábra, c). Tehát a szilárd anyagok és a folyadékok, mint a gázok, hevítés hatására kitágulnak. A kutatások kimutatták, hogy a szilárd anyagok és a folyadékok sokkal kevésbé tágulnak ki melegítés közben, mint a gázok.
A szilárd anyagok hőtágulása a következő kísérletben is kimutatható. Vegyünk egy rézgolyót, amely fűtetlen állapotban könnyen átmegy a hozzá illesztett gyűrűn. Hevítsük fel a labdát alkohollámpa lángjában, és ügyeljünk arra, hogy a labda többé ne haladjon át a gyűrűn (2.32. ábra, a). Lehűlés után a labda ismét könnyen áthalad a gyűrűn (2.32. ábra, b).
2. Keresse meg a hőtágulás okát
Mi az oka a testek térfogatának melegítés közbeni növekedésének, mivel a molekulák száma nem változik a hőmérséklet emelkedésével?
Az atom-molekuláris elmélet a testek hőtágulását azzal magyarázza, hogy a hőmérséklet emelkedésével az atomok és molekulák mozgási sebessége nő. Ennek eredményeként az atomok (molekulák) közötti átlagos távolság növekszik.
Rizs. 2.32. Szilárd anyagok hőtágulását szemléltető kísérlet: a - felmelegített állapotban a golyó nem megy át a gyűrűn; b - lehűlés után a labda áthalad a gyűrűn
Ennek megfelelően nő a test térfogata. És fordítva, minél alacsonyabb az anyag hőmérséklete, annál kisebbek az intermolekuláris hézagok. Kivétel a víz, az öntöttvas és néhány más anyag. A víz például csak 4 °C feletti hőmérsékleten tágul; O 0C és 4 0C közötti hőmérsékleten a víz térfogata a melegítés során csökken.
3. Jellemezze a szilárd testek hőtágulását!
Nézzük meg, hogyan változnak egy szilárd test lineáris méretei a hőmérséklet változása miatt. Ehhez mérje meg az alumíniumcső hosszát, majd melegítse fel a csövet úgy, hogy forró vizet enged át rajta. Egy idő után észreveheti, hogy a cső hossza kissé megnőtt.
Ha egy alumínium csövet azonos hosszúságú üvegre cserélünk, meggyőződhetünk arról, hogy azonos hőmérséklet-emelkedés esetén az üvegcső hossza sokkal kevésbé nő, mint az alumíniumé. Ebből arra következtetünk: a test hőtágulása attól az anyagtól függ, amelyből készült.
Azt a fizikai mennyiséget, amely egy anyag hőtágulását jellemzi, és számszerűen egyenlő a test hosszának I ° C-os felmelegedéséből adódó változásának és kezdeti hosszának az arányával, lineáris tágulási hőmérsékleti együtthatónak nevezzük.
A lineáris tágulás hőmérsékleti együtthatóját az a szimbólum jelöli, és a következő képlettel számítjuk ki:
A lineáris tágulás hőmérsékleti együtthatójának definíciójából ennek a fizikai mennyiségnek az egysége megkapható:
Az alábbi táblázat egyes anyagok lineáris tágulási hőmérsékleti együtthatóit mutatja.
4. A hőtágulás megismerése a természetben és a technológiában
A természetben nagyon fontos szerepet játszik a testek azon képessége, hogy melegedés közben táguljanak, lehűléskor pedig összehúzódjanak. A Föld felszíne egyenetlenül melegszik fel. Emiatt a Föld közelében a levegő is egyenetlenül tágul, szél keletkezik, ami meghatározza az időjárás változásait. A tengerekben és óceánokban a víz egyenetlen felmelegedése olyan áramlatok kialakulásához vezet, amelyek jelentősen befolyásolják az éghajlatot. Az éles hőmérséklet-ingadozások a hegyvidéki területeken a sziklák kiterjedését és összehúzódását okozzák. És mivel a tágulás mértéke a kőzet típusától függ, a tágulás és összehúzódás egyenetlenül történik, és ennek eredményeként repedések keletkeznek, amelyek ezeknek a kőzeteknek a pusztulásához vezetnek.
A hőtágulást hidak és vezetékek építésekor, fűtési vezetékek fektetésekor, vasúti sínek fektetésekor, vasbeton szerkezetek gyártásánál és sok más esetben is figyelembe kell venni.
A hőtágulás jelenségét széles körben alkalmazzák a technikában és a mindennapi életben. Így az elektromos áramkörök automatikus zárásához és nyitásához bimetál lemezeket használnak - ezek két különböző lineáris tágulási együtthatójú szalagból állnak (2.33. ábra). A levegő hőtágulása elősegíti a lakás egyenletes felmelegedését, az élelmiszerek hűtését a hűtőszekrényben és a helyiség szellőzését.
Rizs. 2.33. Automatikus biztosítékok gyártásához (a), fűtőberendezések automatikus be- és kikapcsolásához (b) a bimetál lemezeket (c) széles körben használják. A hőmérséklet emelkedésével az egyik fém sokkal jobban kitágul, mint a másik, aminek következtében a lemez meghajlik (d) és kinyílik (vagy bezárul)
5. Problémamegoldás megtanulása
Egy acél vasúti sín hossza 0 o C hőmérsékleten 8 g Mennyivel nő a hossza egy forró nyári napon 40 ° C hőmérsékleten?
A problémakörülmények elemzése. Ismerve, hogy egy acél alkatrész hossza hogyan változik 1 °C-os melegítés hatására, vagyis az acél lineáris tágulási hőmérsékleti együtthatója ismeretében megtudjuk, hogy mennyivel változik a sín hossza 40 °C-os melegítés hatására. Az acél lineáris tágulási hőmérsékleti együtthatója a fenti táblázatban található.
- Foglaljuk össze
A szilárd anyagok, folyadékok és gázok hajlamosak a hevítés hatására kitágulni. A hőtágulás oka, hogy a hőmérséklet emelkedésével az atomok és molekulák mozgási sebessége nő. Ennek eredményeként az atomok (molekulák) közötti átlagos távolság növekszik. A szilárd testek hőtágulását a lineáris tágulási együttható jellemzi. A lineáris tágulási együttható számszerűen megegyezik a test hosszának 1 o C-os felmelegedése miatti változásának és kezdeti hosszának az arányával.
- Ellenőrző kérdések
1. Mondjon példákat, amelyek bemutatják, hogy a szilárd anyagok, folyadékok és gázok hevítés hatására kitágulnak!
2. Ismertessen egy kísérletet, amely a folyadékok hőtágulását demonstrálja!
3. Mi az oka a testek térfogatának növekedésének melegítés közben?
4. Mi határozza meg a hőmérsékleten kívül a testek méretének változását felmelegedésük (lehűlésük) során?
5. Milyen mértékegységekben mérik a lineáris tágulási együtthatót?
- Feladatok
1. Válassza ki az összes helyes választ. Amikor a test lehűl, akkor:
a) molekuláinak mozgási sebessége csökken;
b) molekuláinak mozgási sebessége nő;
c) csökken a molekulái közötti távolság;
d) megnő a molekulái közötti távolság.
2. Hogyan fog megváltozni a léggömb térfogata, ha hideg helyiségből melegbe visszük? Miért?
3. Mi történik a folyadékrészecskék távolságával a hőmérőben, amikor lehűl?
4. Helyes-e azt állítani, hogy hevítéskor a test mérete megnő, mert megnő a molekuláinak mérete? Ha nem, ajánlja fel a saját, javított verzióját.
5. Miért mutatnak hőmérsékletet a precíz mérőműszerek?
6. Emlékezzen a rézgolyóval végzett kísérletre, amely a melegítés hatására beszorult a gyűrűbe (lásd 2.32. ábra). Hogyan változott a melegítés hatására: a labda térfogata; tömege; sűrűség; az atomok átlagos sebessége?
7. Miután a forrásban lévő víz gőzét sárgaréz csövön vezettük át, a cső hossza 1,62 mm-rel nőtt. Mekkora a sárgaréz lineáris tágulási együtthatója, ha 15 0C hőmérsékleten
A cső hossza 1 m? Felhívjuk figyelmét, hogy a forrásban lévő víz hőmérséklete 100 °C.
8. Egy 1,5 m hosszú platinahuzal 0 °C hőmérsékletű volt. Az elektromos áram áthaladása miatt a vezeték felforrósodott és 15 mm-rel meghosszabbodott. Milyen hőmérsékletre melegítették?
9. Egy téglalap alakú rézlemezt, melynek méretei 20 0C hőmérsékleten 60 cm x 50 cm, 600 °C-ra melegítettünk. Hogyan változott a levélfelület?
- Kísérleti feladatok
1. Hogyan tudod megmutatni egy deszka, kalapács, két szög, szellemlámpa és csipesz birtokában, hogy egy 5 kopejkás érme mérete melegítéskor megnő? Végezze el a megfelelő kísérletet. Magyarázza meg a megfigyelt jelenséget!
2. Töltse fel az üveget vízzel, amíg légbuborék nem lesz benne. Melegítse fel az üveget forró vízben. Figyelje meg, hogyan változik a buborék mérete. Magyarázd meg az eredményt..
Fizika. 7. évfolyam: Tankönyv / F. Ya Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: "Ranok" Kiadó, 2007. - 192 p.: ill.
Az óra tartalma leckejegyzetek és támogató keretóra bemutató interaktív technológiák gyorsító tanítási módszerek Gyakorlat tesztek, online feladatok tesztelése és gyakorlatok házi feladat workshopok és tréningek kérdései az órai beszélgetésekhez Illusztrációk video és audio anyagok fényképek, képek, grafikonok, táblázatok, diagramok, képregények, példázatok, mondások, keresztrejtvények, anekdoták, viccek, idézetek Kiegészítők absztraktok csalólapok tippek a kíváncsi cikkekhez (MAN) szakirodalom alap- és kiegészítő szótár Tankönyvek és leckék javítása a tankönyv hibáinak kijavítása, az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak naptári tervek képzési programok módszertani ajánlásokAz előző bekezdésekből tudjuk, hogy minden anyag részecskékből (atomokból, molekulákból) áll. Ezek a részecskék folyamatosan kaotikusan mozognak. Ha egy anyagot felmelegítenek, részecskéinek mozgása gyorsabbá válik. Ugyanakkor a részecskék közötti távolságok nőnek, ami a test méretének növekedéséhez vezet.
A test méretének változását felmelegedéskor hőtágulásnak nevezzük.
A szilárd anyagok hőtágulása kísérletileg könnyen igazolható. A gyűrűn szabadon áthaladó acélgolyó (87. ábra, a, b, c) alkohollámpán történő hevítés után kitágul és beleakad a gyűrűbe. Lehűlés után a labda ismét szabadon áthalad a gyűrűn. A tapasztalatból az következik, hogy a szilárd test méretei melegítéskor nőnek, lehűléskor pedig csökkennek.
Rizs. 87
A különböző szilárd anyagok hőtágulása nem azonos.
A szilárd anyagok hőtágulásával hatalmas erők jelennek meg, amelyek hidakat rombolhatnak, vasúti síneket hajlíthatnak meg, vezetékeket szakíthatnak meg. Ennek elkerülése érdekében egy adott szerkezet tervezésekor figyelembe veszik a hőtágulási tényezőt. A villanyvezetékek vezetékei megereszkednek (88. ábra), így télen, amikor összehúzódnak, nem törnek el.
Rizs. 88
Rizs. 89
A sínek illesztéseinél rés van (89. ábra). A hidak teherhordó részeit görgőkre helyezik, amelyek télen-nyáron a híd hosszának változásával el tudnak mozogni (90. ábra).
Rizs. 90
A folyadékok kitágulnak melegítés közben? A folyadékok hőtágulása kísérletileg is igazolható. Öntsük azonos lombikba: az egyikbe - víz, a másikba - azonos mennyiségű alkohol. A lombikokat dugókkal és csövekkel lezárjuk. Gumigyűrűkkel jelöljük meg a víz és alkohol kezdeti szintjét a csövekben (91. ábra, a). Helyezze a lombikokat egy forró vizes edénybe. A csövek vízszintje magasabb lesz (91. ábra, b). A víz és az alkohol melegítés közben kitágul. De a szint a lombik csövében alkohollal magasabb. Ez azt jelenti, hogy az alkohol jobban kitágul. Ennélfogva, különböző folyadékok hőtágulása, valamint szilárd anyagok, egyenlőtlenül.
Rizs. 91
A gázok hőtágulnak? Válaszoljunk a kérdésre a tapasztalatok felhasználásával. Zárja le a lombikot levegővel egy íves csővel ellátott dugóval. Egy csepp folyadék van a csőben (92. ábra, a). Elég, ha közelebb viszi a kezét a lombikhoz, és a csepp elkezd jobbra mozogni (92. ábra, b). Ez megerősíti a levegő hőtágulását, ha már enyhén is felmelegszik. Sőt, ami nagyon fontos, minden gáz, ellentétben a szilárd anyagokkal és a folyadékokkal, hevítéskor egyenlő mértékben bővül.
Rizs. 92
Gondolkozz és válaszolj 1. Mit nevezünk a testek hőtágulásának? 2. Mondjon példákat szilárd anyagok, folyadékok és gázok hőtágulására (kompressziójára). 3. Miben különbözik a gázok hőtágulása a szilárd és folyékony halmazállapotú anyagok hőtágulásától?
Csináld magad otthon
Műanyag palack és vékony gyümölcslé segítségével végezzen otthon kísérletet a levegő és a víz hőtágulásával kapcsolatban. Írja le füzetébe a kísérlet eredményeit!
Érdekes tudni!
Forró tea ivása után nem lehet azonnal hideg vizet inni. A hirtelen hőmérséklet-változások gyakran a fogak károsodásához vezetnek. Ez azzal magyarázható, hogy a fog fő anyaga - a dentin - és a fogat borító zománc ugyanazon hőmérsékletváltozás mellett eltérően tágul.
