T.I.RADCHENKO(škola č. 26, Vladikavkaz),
I.V.SILAEV(štátna univerzita v Severnom Osetsku)
[chránený e-mailom] ,
Vladikavkaz, Rep. Severné Osetsko Alania)
Tepelná rozťažnosť pevných látok
Zmení sa priemer otvoru v okrúhlej platni pri jej zahriatí?
(Otázku navrhli noviny „Fyzika“ v č. 11/06.)
Príklady z techniky
Priemer otvoru sa pri zahrievaní zväčšuje. To nachádza uplatnenie v technológii. Napríklad v motoroch VAZ-1111, Tavria ZAZ-1102 a ďalších je každý piest spojený s hornou hlavou svojej ojnice otočne pomocou piestneho čapu (oceľovej rúrky), ktorý je zasunutý do zodpovedajúcich otvorov piest a ojnica. V tomto prípade je prst upevnený v hornej hlave ojnice pomocou horúceho uloženia, čím sa ohrieva horná časť ojnice. Pri ochladzovaní sa priemer otvoru v hlave zmenšuje a čap je pevne upnutý, čo eliminuje jeho pozdĺžne pohyby a vytváranie ryhovania na stenách valca, keď piesty vykonávajú vratný pohyb.
Predhriaty upínací krúžok je pripevnený podobne ako na nápravových hriadeľoch spájajúcich diferenciál s hnacími kolesami, napríklad na autách Volga a Zhiguli. (Diferenciál je zariadenie, ktoré umožňuje, aby sa hnacie kolesá automobilu otáčali rôznymi frekvenciami, napríklad počas zákruty, keď vnútorné koleso, najbližšie k stredu zákruty, prebieha po kružnici s menším polomerom ako vonkajšie koleso. jeden.) Vonkajší koniec hriadeľa nápravy (s kolesom automobilu) je namontovaný na guľôčkovom ložisku, ktorého vonkajší krúžok je pevne zovretý. Hriadeľ nápravy sa otáča spolu s vnútorným krúžkom ložiska. Aby hriadeľ nápravy neopustil ložisko v dôsledku pozdĺžnych posunov, drží ho na mieste upínací krúžok. Tento krúžok, keď je nasadený na hriadeľ nápravy, sa s ním otáča. Je uzavretá skriňou hriadeľa nápravy a cez pružinový krúžok sa opiera o pevné ložisko, ktoré bráni posunutiu hriadeľa nápravy a kolesa od pozdĺžnej osi auta.
V príkladoch by sa dalo pokračovať...
Fyzika tepelnej expanzie
Uvažujme teraz o otázke z hľadiska fyziky. Predstavme si, že dieru tvorí osem atómov alebo molekúl (budeme hovoriť o častice). Častice tuhého telesa oscilujú najmä okolo svojich rovnovážnych polôh a na iné miesta preskakujú pomerne zriedkavo – ich „usadená“ životnosť je 0,1–0,001 s aj v blízkosti bodu topenia a pri nižších teplotách sú to už hodiny a dni (pamätajte na difúziu miery v pevných látkach). Počet častíc ohraničujúcich otvor teda zostane nezmenený, kým nezačne prechod do kvapalnej fázy. So zvyšovaním teploty sa rozsah vibrácií každej častice zväčší, zaberie viac miesta v priestore, a preto sa zväčší priemer otvoru. Častice sa k sebe nemôžu priblížiť, pretože zároveň sa začnú „prekrývať“.
Ak chcete poskytnúť vedecké vysvetlenie, budete si musieť spomenúť na graf sily interakcie Fčastice z diaľky r medzi týmito časticami. Získa sa sčítaním súradníc zodpovedajúcich bodov hornej krivky II, ktorá opisuje odpudivú silu, a dolnej I, ktorá opisuje príťažlivú silu. Výsledná krivka III má pomerne zložitý tvar, pretože Odpudivá sila je nepriamo úmerná trinástej mocnine vzdialenosti a príťažlivá sila je nepriamo úmerná siedmej mocnine. Krivka IV vyzerá podobne, ukazuje závislosť potenciálnej energie od vzdialenosti E p. V polohe rovnováhy r 0, krivka III prechádza nulou (výsledok aplikovaných síl je nula) a krivka IV prechádza minimom (potenciálna studňa). Ide o stabilnú rovnovážnu polohu a keď sa vzdialenosť medzi časticami zmenšuje, bude sa pôsobiť proti odpudivým silám, čo povedie k zníženiu kinetickej energie častice na nulu, takže jedna častica „nenarazí“ na druhú. , ako dopad biliardových gúľ.
Vo všeobecnosti sa tepelný pohyb častíc považuje za ich kmitanie v blízkosti stredov umiestnených vo vzájomnej rovnovážnej vzdialenosti, ktorá je pre rôzne látky odlišná. Voľný objem v kvapalinách predstavuje približne 29 % celkového objemu a v pevných látkach až 26 %. "Molekuly (atómy) pevných látok sú usporiadané tak tesne, že ich elektrónové obaly sa navzájom dotýkajú a niekedy sa prekrývajú." Zdá sa teda, že je správnejšie hovoriť o polohe nie samotných molekúl, ale ich centier.
Pozrime sa znova na krivku IV. Hĺbka potenciálovej jamy určuje väzbovú energiu molekúl. Upozorňujeme, že krivka nie je symetrická vzhľadom na jej minimum. „Z tohto dôvodu len veľmi malé vibrácie častíc okolo rovnovážnej polohy budú mať harmonický charakter. So zväčšujúcou sa amplitúdou kmitov (ktoré nastáva so zvyšujúcou sa teplotou) bude čoraz zreteľnejšia anharmonicita (t. j. odchýlka kmitov od harmonickej). To vedie k zvýšeniu priemerných vzdialeností medzi časticami a následne k zvýšeniu objemu.“ „Pri nižšej teplote molekula vibruje okolo bodu A v rámci segmentu A 1 A 2. Priemerná vzdialenosť medzi interagujúcimi molekulami (druhú molekulu sme mentálne umiestnili na začiatok) je r 0 So zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje energia vibrácií; teraz molekula osciluje v segmente IN 1 IN 2. Rovnovážna poloha zodpovedá stredu segmentu IN 1 IN 2, t.j. bodka IN". Hoci sú teda amplitúdy kmitov malé, vďaka anharmonicite nie sú jednotlivé kmity nezávislé, ale navzájom súvisia. Preto r 0 (vzdialenosť, pri ktorej je súčet síl priťahovania a odpudzovania dvoch molekúl nulový) sa začína zvyšovať so zvyšujúcou sa teplotou.
Účtovanie tepelnej vodivosti a tepelnej rozťažnosti pevných látok pre spaľovací motor automobilu
Tepelná expanzia v technológii sa musí neustále brať do úvahy. Ak si vezmeme spomínané piesty v motoroch áut, tak možností bude hneď niekoľko. Takže napríklad hlava piestu (jej horná časť) má o niečo menší priemer ako plášť (spodná časť), pretože hlava je v priamom kontakte so zahriatymi plynmi. Viac sa zahrieva a viac sa rozširuje. Inžinieri musia zároveň splniť dve vzájomne sa vylučujúce požiadavky. Na jednej strane je potrebné zabezpečiť dobré utesnenie medzi piestom a valcom a na druhej strane zabrániť zasekávaniu piestu pri zahrievaní. Na tento účel sú po obvode hlavy vytvorené drážky, do ktorých sú umiestnené špeciálne krúžky: kompresné a olejové stieracie krúžky. 
Kompresné krúžky majú štrbiny tzv zámky, ktoré umožňujú utesnenie medzery bez zaseknutia piestu. Zadretie bráni aj špeciálny tvar plášťa piesta - v tvare elipsy, ktorej hlavná os je kolmá na os piestneho čapu a leží v rovine pôsobenia bočných síl. V dôsledku toho je eliminované klepanie pri studenom motore a lepenie plášťa pri zahrievaní: elipsa sa stáva kruhom a piest sa naďalej voľne pohybuje vo valci.
Zaseknutiu môžete zabrániť aj kompenzačnými rezmi v sukni: šikmé, v tvare T, v tvare U, vďaka čomu expanzia kovu pri zahrievaní nevedie k zväčšeniu priemeru piestu. Ohrev horného kompresného krúžku piesta je možné znížiť použitím drážky vyrobenej v pieste alebo požiarneho pásu, ktorý zabraňuje prúdeniu dodatočného tepla z hornej časti hlavy piestu, ohrievaného horúcimi plynmi vo valci.
Pre lepšie odvádzanie tepla z piestov a valcov sú samotné piesty aj hlava valcov vyrobené z hliníkovej zliatiny, ktorá má dobrú tepelnú vodivosť. Existujú motory, kde je celý blok valcov odliaty z hliníkovej zliatiny. Okrem toho je k dispozícii špeciálny chladiaci systém (vzduch alebo kvapalina). Napríklad tzv chladiaci plášť Kvapalinový systém zabezpečuje odvod tepla z valcov aj spaľovacích komôr.
Literatúra
1. Plechanov I.P. Automobilový. – M.: Školstvo, 1984.
2. Shestopalov K.S.,Demikhovsky S.F. Autá. – M.: DOSAAF, 1989.
3. Podgornová I.I.. Molekulárna fyzika na strednej škole. – M.: Školstvo, 1970.
4. Berger N.M.. Štúdium tepelných javov na stredoškolskom kurze fyziky. – M.: Školstvo, 1981.
5. Shamash S.Ya. Metódy vyučovania fyziky na strednej škole. – M.: Školstvo, 1975.
6. Bludov M.I. Rozhovory o fyzike. – M.: Školstvo, 1992.
7. Savelyev A.V. Kurz všeobecnej fyziky: T. 1. – M.: Nauka, 1970.
8. Fyzický encyklopedický slovník: Ed. Prochorová A.M. – M.: Sovietska encyklopédia, 1984.
Tepelná rozťažnosť je zmena veľkosti a objemu telesa pod vplyvom teploty.
Pri zmene teploty sa menia rozmery pevných látok. Charakteristická je expanzia pod vplyvom teploty koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti.
Zmena lineárnych rozmerov telesa je opísaná vzorcom: l = l 0 (1 + α ⋅ Δ T), kde
l - dĺžka tela;
l 0 - počiatočná dĺžka tela;
α je koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti;
Δ T - teplotný rozdiel.
Koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti ukazuje, o aký zlomok pôvodnej dĺžky alebo šírky sa zmení veľkosť telesa, ak sa jeho teplota zvýši o 1 stupeň.
Príklad:
\(10\) kmželezničné trate so zvýšením teploty vzduchu o \(9\) stupňov (napríklad z \(-5\) na \(+4\)), predĺžia sa o 10 000 ⋅ 0,000012 ⋅ 9 = 1,08 metra. Z tohto dôvodu sú medzi časťami koľajníc ponechané medzery.
Pri potrubiach, ktoré používajú, treba brať do úvahy aj tepelnú rozťažnosť kompenzátory- zakrivené rúry, ktoré sa môžu v prípade potreby ohnúť pri zmene teploty vzduchu. Obrázok ukazuje, čo sa stane, ak nebude kompenzátor.
Inžinieri, ktorí navrhujú mosty, zariadenia a budovy, ktoré sú vystavené teplotným zmenám, musia vedieť, aké materiály možno spojiť, aby sa zabránilo vzniku trhlín.
Elektrikári, ktorí inštalujú elektrické vedenie, musia vedieť, akým teplotným zmenám budú drôty vystavené. Ak sú drôty natiahnuté v lete, v zime sa zlomia.
Pri tepelnej rozťažnosti kovov sa používajú automatické spínače tepelných zariadení. Tento spínač pozostáva z dvoch tesne spojených dosiek z rôznych kovov (s rôznymi tepelnými koeficientmi). Bimetalové dosky vplyvom teploty sa ohýbajú alebo narovnávajú, uzatvárajú alebo otvárajú elektrický obvod.
So zmenou lineárnych rozmerov sa mení aj objem karosérie. Zmena objemu telesa je opísaná vzorcom podobným vzorcu lineárnej rozťažnosti, len namiesto koeficientu lineárnej tepelnej rozťažnosti sa používa objemový tepelný koeficientrozšírenia.
Zmena telesného objemu vplyvom teploty je opísaná vzorcom: V = V 0 (1 β ⋅ Δ T), kde
V - objem tela;
V 0 - počiatočný objem tela;
β - koeficient objemovej tepelnej rozťažnosti;
Δ T - teplotný rozdiel.
Koeficient objemovej tepelnej rozťažnosti ukazuje, o akú časť pôvodného objemu sa objem telesa zmení po zvýšení teploty o 1 stupeň.
Látka | Koeficient objemovej expanzie β , K - 1 |
Merkúr... | |
Diferenciálna expanziamá veľký praktický význam. Niekedy je veľmi ťažké otvárať kovové skrutkovacie uzávery na sklenených alebo plastových fľašiach. Ak hornú časť fľaše držíte pod tečúcou horúcou vodou, kov sa roztiahne viac ako sklo alebo plast a uzáver sa ľahko otvorí.
Sklenenú zátku, ktorá tesne zapadá do hrdla sklenenej fľaše, môžete odstrániť aj tak, že hrdlo podržíte pod tečúcou horúcou vodou. Koeficient rozťažnosti hrdla je síce rovnaký ako koeficient korku, ale sklo je veľmi vysoké a hrdlo sa roztiahne skôr, ako sa korok zahreje, a korok sa dá ľahko odstrániť.
Rozťahovacie sklo je často zdrojom problémov v domácnosti. Keď je sklo naplnené horúcou tekutinou, často sa rozbije. Dôvodom je, že časť skla, ktorá je v kontakte s horúcou kvapalinou, veľmi rýchlo získa teplotu kvapaliny a expanduje, zatiaľ čo zvyšok zostáva studený, pretože sklo je zlý vodič.
V dôsledku toho sa vo vnútri pohára vytvorí napätie a riad praskne. Pri varení džemu rozvážny kuchár pred naplnením džemom nádobu predhreje v rúre. Tým sa zabezpečí, že sa pohár aj džem zohrejú na približne rovnakú teplotu. Vaše cenné brúsené sklo zostane zachované, ak ho vložíte do horúcej vody.
Rôzna tepelná rozťažnosť v každodennom živote
Perióda kyvadla závisí od dĺžky samotného kyvadla. Keď teplota stúpa, dĺžka kyvadla sa zväčšuje a doba jeho kmitania sa zvyšuje. Kyvadlo sa kýva pomalšie. Na obrázku sú znázornené dva typy kompenzovaného kyvadla. Na obrázku 1 je tyč vyrobená z invaru a telo šošovkového kyvadla je vyrobené z ocele.
Expanzia invaru smerom nadol je kompenzovaná expanziou šošovice smerom nahor. V tomto prípade zostáva poloha ťažiska nezmenená. Na nastavenie požadovanej periódy kmitania kyvadla sa poloha šošovky nastavuje skrutkou. Po nainštalovaní do požadovanej polohy je takéto kyvadlo samokompenzačné.
Obrázok 1, b znázorňuje zložitejšie kyvadlo. Nezatienené prúty sú väčšie a dostatočne sa roztiahnu, aby kompenzovali roztiahnutie dlhších zatienených prútov. V dnešnej dobe, keď je väčšina budov centrálne vykurovaná, sú udržiavané na viac-menej konštantnej teplote, no stále je dôležité kompenzovať tepelné vplyvy.
Termostat plynovej rúry (obr. 2) využíva rozdielnu tepelnú rozťažnosť kovov. Plyn je privádzaný cez prívodné potrubie a prechádza cez otvory D, E a F do horákov. Valec B je vyrobený z mosadze a tyč A je vyrobená z invaru. Keď sa teplota pece zvýši, mosadz sa roztiahne oveľa viac ako invar, čo spôsobí, že sa ventil C posunie doľava a zatvorí otvory E a F.
Tým sa zníži prívod plynu do pece a plyn slabo horí. Otvor D je potrebný na prívod plynu, aby sa zabránilo zhasnutiu horákov, keď je ventil zatvorený. Keď sa valec B ochladzuje, zmršťuje sa a ventil C sa pohybuje doprava, čím umožňuje viac plynu do horákov. Vonkajší regulátor G umožňuje utiahnuť alebo povoliť ventil C, čím sa zníži alebo zvýši prietok plynu a zníži alebo zvýši teplota v rúre.
Drôty sa v lete prehýbajú oveľa viac ako v zime, t.j. v lete sú dlhšie. Ak vezmete plnú fľašu studenej vody a položíte ju na teplé miesto, po čase časť vody z fľaše vytečie, pretože voda sa pri ohrievaní rozťahuje. Balón vytiahnutý z miestnosti do chladu zmenší svoj objem.
1. Dbáme na tepelnú rozťažnosť pevných látok, kvapalín a plynov
Jednoduché experimenty a početné pozorovania nás presviedčajú, že pevné látky, kvapaliny a plyny sa spravidla pri zahrievaní rozťahujú a pri ochladzovaní zmršťujú.
Tepelnú rozťažnosť kvapalín a plynov možno ľahko pozorovať pomocou banky, ktorej hrdlo je tesne utesnené a do zátky je vložená sklenená trubica. Premeníme banku naplnenú vzduchom na nádobu s vodou.
Teraz už stačí banku uchopiť rukou a zakrátko vzduch, rozpínajúci sa v banke, vyjde vo forme bublín zo skúmavky pod vodou (obr. 2.30).
Teraz naplňte banku farebnou kvapalinou a utesnite ju tak, aby časť kvapaliny vstúpila do skúmavky (obr. 2.31, a). Označíme si hladinu kvapaliny v skúmavke a banku spustíme do nádoby s horúcou vodou. V prvom momente hladina kvapaliny mierne klesne (obr. 2.31, b), čo možno vysvetliť tým, že banka sa najskôr zohreje a roztiahne a až potom pri zahriatí expanduje voda.
Ryža. 2.30. Pri zahriatí sa vzduch v banke roztiahne a časť opustí banku - to je možné vidieť podľa vzduchových bublín vychádzajúcich z trubice
Ryža. 2.31 Experiment demonštrujúci, že pri zahrievaní kvapalina (ako pevné látky a plyny) expanduje: a - uzavretá banka s kvapalinou v skúmavke; b - v prvom okamihu zahrievania hladina kvapaliny mierne klesá; c - pri ďalšom zahrievaní hladina kvapaliny výrazne stúpa
Čoskoro uvidíme, že ako sa banka a voda v nej zohrievajú, hladina kvapaliny v skúmavke sa citeľne zvýši (obr. 2.31, c). Pevné látky a kvapaliny, podobne ako plyny, sa pri zahrievaní rozširujú. Výskum odhalil, že pevné látky a kvapaliny expandujú počas zahrievania oveľa menej ako plyny.
Tepelnú rozťažnosť pevných látok možno demonštrovať aj v nasledujúcom experimente. Zoberme si medenú guľôčku, ktorá v nezahriatom stave ľahko prechádza krúžkom, ktorý je k nej pripevnený. Zahrejte guľu v plameni liehovej lampy a presvedčte sa, že gulička už neprejde cez krúžok (obr. 2.32, a). Po ochladení gulička opäť ľahko prejde cez krúžok (obr. 2.32, b).
2. Zistite príčinu tepelnej rozťažnosti
Aký je dôvod zväčšovania objemu telies pri zahrievaní, keďže počet molekúl sa s rastúcou teplotou nemení?
Atómovo-molekulárna teória vysvetľuje tepelnú rozťažnosť telies tým, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje rýchlosť pohybu atómov a molekúl. V dôsledku toho sa priemerná vzdialenosť medzi atómami (molekulami) zvyšuje.
Ryža. 2.32. Experiment ilustrujúci tepelnú rozťažnosť pevných látok: a - v zahriatom stave gulička neprejde prstencom; b - po ochladení gulička prechádza cez krúžok
V súlade s tým sa objem tela zvyšuje. A naopak, čím nižšia je teplota látky, tým menšie sú medzimolekulové medzery. Výnimkou je voda, liatina a niektoré ďalšie látky. Voda napríklad expanduje len pri teplotách nad 4 °C; pri teplotách od O 0C do 4 0C sa objem vody pri ohreve zmenšuje.
3. Charakterizujte tepelnú rozťažnosť pevných látok
Poďme zistiť, ako sa menia lineárne rozmery pevného telesa v dôsledku zmien teploty. Za týmto účelom zmerajte dĺžku hliníkovej trubice a potom trubicu zohrejte tak, že cez ňu prejdete horúcou vodou. Po určitom čase si môžete všimnúť, že dĺžka trubice sa mierne zvýšila.
Výmenou hliníkovej trubice za sklenenú rovnakej dĺžky sa presvedčíme, že pri rovnakom zvýšení teploty sa dĺžka sklenenej trubice zväčšuje oveľa menej ako dĺžka hliníkovej. Dospeli sme teda k záveru: tepelná rozťažnosť telesa závisí od látky, z ktorej je vyrobené.
Fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje tepelnú rozťažnosť materiálu a je číselne rovná pomeru zmeny dĺžky telesa v dôsledku jeho zahriatia o 1 °C a jeho počiatočnej dĺžky, sa nazýva teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti.
Teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti je označený symbolom a a vypočíta sa podľa vzorca:
Z definície teplotného koeficientu lineárnej rozťažnosti možno získať jednotku tejto fyzikálnej veličiny:
V tabuľke nižšie sú uvedené teplotné koeficienty lineárnej rozťažnosti niektorých látok.
4. Spoznávanie tepelnej rozťažnosti v prírode a technike
Schopnosť telies rozpínať sa počas zahrievania a sťahovať sa počas ochladzovania hrá v prírode veľmi dôležitú úlohu. Povrch Zeme sa ohrieva nerovnomerne. V dôsledku toho sa vzduch v blízkosti Zeme tiež nerovnomerne rozširuje a vytvára sa vietor, ktorý určuje zmeny počasia. Nerovnomerné ohrievanie vody v moriach a oceánoch vedie k vzniku prúdov, ktoré výrazne ovplyvňujú klímu. Ostré teplotné výkyvy v horských oblastiach spôsobujú rozpínanie a zmršťovanie hornín. A keďže stupeň rozpínania závisí od druhu horniny, rozpínanie a zmršťovanie sa vyskytuje nerovnomerne a v dôsledku toho vznikajú trhliny, ktoré vedú k zničeniu týchto hornín.
Tepelná rozťažnosť sa musí brať do úvahy pri stavbe mostov a elektrických vedení, kladení vykurovacích potrubí, ukladaní železničných koľajníc, výrobe železobetónových konštrukcií a v mnohých ďalších prípadoch.
Fenomén tepelnej rozťažnosti je široko používaný v technike a každodennom živote. Na automatické uzatváranie a otváranie elektrických obvodov sa teda používajú bimetalové platne - pozostávajú z dvoch pásikov s rôznymi koeficientmi lineárnej rozťažnosti (obr. 2.33). Tepelná rozťažnosť vzduchu pomáha rovnomerne vyhrievať byt, chladiť potraviny v chladničke a vetrať miestnosť.
Ryža. 2.33. Na výrobu automatických poistiek (a), na automatické zapínanie a vypínanie vykurovacích zariadení (b) sa široko používajú bimetalové platne (c). Pri zvyšovaní teploty sa jeden z kovov rozťahuje oveľa viac ako druhý, v dôsledku čoho sa platňa ohýba (d) a otvára (alebo zatvára)
5. Naučiť sa riešiť problémy
Dĺžka oceľovej koľajnice pri teplote 0 o C je 8 g O koľko sa jej dĺžka zväčší v horúcom letnom dni pri teplote 40 °C?
Analýza problémových podmienok. Keď vieme, ako sa zmení dĺžka oceľového dielu vplyvom ohrevu o 1 °C, teda poznáme teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti ocele, zistíme, ako veľmi sa zmení dĺžka koľajnice vplyvom ohrevu o 40 °C. Teplotný koeficient lineárnej rozťažnosti ocele možno nájsť z tabuľky vyššie.
- Poďme si to zhrnúť
Pevné látky, kvapaliny a plyny majú tendenciu expandovať pri zahrievaní. Dôvodom tepelnej rozťažnosti je, že so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje rýchlosť pohybu atómov a molekúl. V dôsledku toho sa priemerná vzdialenosť medzi atómami (molekulami) zvyšuje. Tepelná rozťažnosť pevných látok je charakterizovaná koeficientom lineárnej rozťažnosti. Koeficient lineárnej rozťažnosti sa číselne rovná pomeru zmeny dĺžky telesa v dôsledku jeho zahriatia o 1 o C a jeho počiatočnej dĺžky.
- Kontrolné otázky
1. Uveďte príklady, ktoré ukazujú, že pevné látky, kvapaliny a plyny expandujú pri zahrievaní.
2. Opíšte experiment demonštrujúci tepelnú rozťažnosť kvapalín.
3. Aký je dôvod zväčšovania objemu telies pri ohreve?
4. Čo okrem teploty určuje zmenu veľkosti telies pri ich zahrievaní (ochladzovaní)?
5. V akých jednotkách sa meria koeficient lineárnej rozťažnosti?
- Cvičenia
1. Vyberte všetky správne odpovede. Keď sa telo ochladí, potom:
a) rýchlosť pohybu jeho molekúl klesá;
b) rýchlosť pohybu jeho molekúl sa zvyšuje;
c) vzdialenosť medzi jeho molekulami sa zmenšuje;
d) vzdialenosť medzi jeho molekulami sa zväčšuje.
2. Ako sa zmení objem balóna, ak ho prenesieme z chladnej miestnosti do teplej? prečo?
3. Čo sa stane so vzdialenosťami medzi časticami kvapaliny v teplomere, keď sa ochladí?
4. Je správne povedať, že pri zahrievaní sa teleso zväčšuje, pretože sa zväčšuje veľkosť jeho molekúl? Ak nie, ponúknite svoju vlastnú, opravenú verziu.
5. Prečo presné meracie prístroje ukazujú teplotu?
6. Spomeňte si na pokus s medenou guľôčkou, ktorá sa vplyvom zahrievania zasekla v prstenci (pozri obr. 2.32). Ako sa vplyvom zahrievania zmenilo: objem gule; jeho hmotnosť; hustota; priemerná rýchlosť atómov?
7. Po prechode pary z vriacej vody cez mosadznú rúrku sa dĺžka rúrky zväčšila o 1,62 mm. Aký je koeficient lineárnej rozťažnosti mosadze ak pri teplote 15 0C
Je dĺžka trubice 1 m? Pripomíname, že teplota vriacej vody je 100 °C.
8. Platinový drôt dlhý 1,5 m mal teplotu 0 °C. V dôsledku prechodu elektrického prúdu sa drôt zahrial a predĺžil sa o 15 mm. Na akú teplotu sa zohrievalo?
9. Obdĺžnikový medený plech, ktorého rozmery pri teplote 20 0C sú 60 cm x 50 cm, bol zahriaty na 600 °C. Ako sa zmenila listová plocha?
- Experimentálne úlohy
1. Ako môžete s doskou, kladivom, dvoma klincami, liehovinou a pinzetou ukázať, že veľkosť 5-kopej mince sa pri zahriatí zväčšuje? Vykonajte príslušný experiment. Vysvetlite pozorovaný jav.
2. Naplňte fľašu vodou, kým vo vnútri nezostane vzduchová bublina. Fľašu zohrejte v horúcej vode. Sledujte, ako sa mení veľkosť bubliny. Vysvetlite výsledok..
fyzika. 7. ročník: Učebnica / F. Ya Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: Vydavateľstvo "Ranok", 2007. - 192 s.: ill.
Obsah lekcie poznámky k lekcii a podporný rámec prezentácia lekcie interaktívne technológie akcelerátor vyučovacích metód Prax testy, testovanie online úloh a cvičení domáce úlohy workshopy a školenia otázky pre diskusiu v triede Ilustrácie video a audio materiály fotografie, obrázky, grafy, tabuľky, diagramy, komiksy, podobenstvá, výroky, krížovky, anekdoty, vtipy, citáty Doplnky abstrakty cheat sheets tipy na zaujímavé články (MAN) literatúra základný a doplnkový slovník pojmov Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodín oprava chýb v učebnici, nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov kalendárne plány tréningové programy metodické odporúčaniaZ predchádzajúcich odsekov vieme, že všetky látky pozostávajú z častíc (atómov, molekúl). Tieto častice sa neustále chaoticky pohybujú. Keď sa látka zahreje, pohyb jej častíc sa zrýchli. Zároveň sa zväčšujú vzdialenosti medzi časticami, čo vedie k zväčšeniu veľkosti tela.
Zmena veľkosti telesa pri jeho zahrievaní sa nazýva tepelná rozťažnosť.
Tepelná rozťažnosť pevných látok sa ľahko potvrdí experimentom. Oceľová gulička (obr. 87, a, b, c), voľne prechádzajúca prstencom, sa po zahriatí na liehovej lampe roztiahne a uviazne v prstenci. Po ochladení guľôčka opäť voľne prechádza prstencom. Zo skúseností vyplýva, že rozmery pevnej látky sa pri zahrievaní zväčšujú a pri ochladzovaní zmenšujú.
Ryža. 87
Tepelná rozťažnosť rôznych pevných látok nie je rovnaká.
S tepelnou rozťažnosťou pevných látok sa objavujú obrovské sily, ktoré môžu ničiť mosty, ohýbať železničné koľajnice a lámať drôty. Aby sa tomu zabránilo, pri navrhovaní konkrétnej konštrukcie sa berie do úvahy faktor tepelnej rozťažnosti. Drôty elektrického vedenia sa prehýbajú (obr. 88), aby sa v zime pri sťahovaní nelámali.
Ryža. 88
Ryža. 89
Koľajnice majú na spojoch medzeru (obr. 89). Nosné časti mostov sú uložené na valcoch, ktoré sa môžu pohybovať pri zmene dĺžky mosta v zime a v lete (obr. 90).
Ryža. 90
Rozťahujú sa kvapaliny pri zahrievaní? Tepelnú rozťažnosť kvapalín možno potvrdiť aj experimentálne. Nalejte do rovnakých baniek: do jednej - vody a do druhej - rovnakého objemu alkoholu. Banky uzavrieme zátkami a skúmavkami. Počiatočné hladiny vody a alkoholu v skúmavkách označujeme gumovými krúžkami (obr. 91, a). Vložte banky do nádoby s horúcou vodou. Hladina vody v rúrach sa zvýši (obr. 91, b). Voda a alkohol pri zahrievaní expandujú. Ale hladina v skúmavke banky s alkoholom je vyššia. To znamená, že alkohol viac expanduje. teda tepelná rozťažnosť rôznych kvapalín ako aj pevné látky, nerovnomerne.
Ryža. 91
Vyskytujú sa plyny tepelnej rozťažnosti? Odpovedzme na otázku pomocou skúseností. Banku so vzduchom uzavrieme zátkou so zakrivenou trubicou. V skúmavke je kvapka kvapaliny (obr. 92, a). Stačí priblížiť ruky k banke a kvapka sa začne pohybovať doprava (obr. 92, b). To potvrdzuje tepelnú rozťažnosť vzduchu, keď je čo i len mierne zahriaty. Okrem toho, čo je veľmi dôležité, všetky plyny, na rozdiel od pevných látok a kvapalín, pri zahrievaní expandovať rovnako.
Ryža. 92
Zamyslite sa a odpovedzte 1. Čo sa nazýva tepelná rozťažnosť telies? 2. Uveďte príklady tepelnej rozťažnosti (stlačenia) tuhých látok, kvapalín a plynov. 3. Ako sa líši tepelná rozťažnosť plynov od tepelnej rozťažnosti pevných látok a kvapalín?
Urobte si to sami doma
Pomocou plastovej fľaše a tenkej trubice na šťavu urobte doma pokus o tepelnej rozťažnosti vzduchu a vody. Opíšte výsledky experimentu do zošita.
Zaujímavé vedieť!
Po vypití horúceho čaju by ste nemali hneď piť studenú vodu. Náhle zmeny teploty často vedú k poškodeniu zubov. Vysvetľuje to skutočnosť, že hlavná látka zuba - dentín - a sklovina pokrývajúca zub sa pri rovnakej zmene teploty odlišne rozťahujú.
