§ 4. Залежність розмірів тіл від температури

Про збільшення чи зменшення розмірів тіла залежно від температури вам відомо давно. Наприклад, на залежності об’єму ртуті, спирту від температури ґрунтується дія ртутних і спиртових термометрів.

Можливо, ви спостерігали руйнування склянки, коли в неї наливали гарячу рідину. Так, гарячий чай, налитий у склянку, прогріває її стінки не відразу. Спочатку нагрівається внутрішня частина стінки і при цьому розширюється від нагрівання. Зовнішня частина стінки, що не встигає розширитися, протидіє цьому. Склянка може зруйнуватися.

Ви вже знайомі з хімічним посудом. Зверніть увагу на товщину його стінок. Чим скляний посуд тонший, тим безпечніше можна його нагрівати. (Чому?). Хіміки кип’ятять воду в скляній колбі на газовому пальнику, не турбуючись про руйнування колби.

Зробіть пристрій для демонстрації зміни розмірів твердого тіла залежно від температури самостійно. Для цього вам будуть потрібні деталі, зображені на мал. 11 (дощечка, монети, свічка, кнопки, прищіпка).

Різні тіла по-різному змінюють свої розміри при нагріванні. Це відбувається тому, що їх внутрішня будова є різною. Наприклад, різні кристалічні тіла складаються з різних атомів або молекул, мають різні кристалічні решітки тощо.

При тепловому розширенні твердих тіл виникають дуже великі напруження, які можуть зруйнувати металеві споруди, розірвати сталеві дроти, зігнути рейки тощо. У техніці завжди враховують зміну

лінійних розмірів тіл залежно від температури. Між рейками залізничної колії роблять проміжки (мал. 12, 1). При прокладанні трубопроводів роблять компенсатори (мал. 12, 2). Дроти лінії електропередачі не надто натягують, щоб вони не порвалися взимку (мал. 12,3).

Залежність розмірів твердого тіла від температури. Для характеристики залежності розмірів твердого тіла від температури потрібно знати, як збільшується кожна одиниця його лінійного розміру при зміні температури на I К. Цю величину називають температурним коефіцієнтом лінійного розширення і позначають буквою б. Для деяких твердих тіл цей коефіцієнт поданий у таблиці 1.

Позначимо початкову довжину твердого тіла, наприклад, металевого стержня, L₀. Початкову температуру стержня позначимо .

При нагріванні стержня від початкової температури до кінцевої температури ί° довжина тіла L₀ збільшиться на величину , де б — температурний коефіцієнт лінійного розширення. Відповідно довжина тіла L при температурі t° становитиме:

Таблиця 1. Температурні коефіцієнти лінійного та об'ємного розширення деяких речовин

Визначте, на скільки видовжиться мідній дріт довжиною 2 м при нагріванні його від 0 °С до 10 °С. Розрахунки виконайте самостійно. За таблицею 1 визначте, які метали найбільше змінюють розміри залежно від зміни температури.

Розміри тіл залежать від температури. Залежність розмірів тіл від температури характеризується температурним коефіцієнтом лінійного або об’ємного розширення.

^ 1. Наведи приклади врахування залежності лінійних розмірів тіл від температури: а) у побуті; б) у техніці. 2. Чому рейки залізничної колії укладають так, щоб між ними були проміжки {мал. 12, 1)? 3. Для чого створюють компенсатори на трубопроводах (мал. 12, 2)?

? 1. Що показує коефіцієнт лінійного розширення? 2. На якому явищі заснована дія спиртового або ртутного термометра?

Залежність об’єму рідин і газів від температури Наповнимо колбу підфарбованою водою і будемо її нагрівати (мал. 13).

При нагріванні рідини, наприклад, від 20 TJ помітимо, що об’єм рідини збільшується з підвищенням температури. Позначимо коефіцієнт об’ємного розширення в. Застосувавши ті ж міркування, що й при виводі формули зміни лінійних розмірів тіла при тепловому розширенні, дійдемо висновку, що рідина об’ємом V₀, нагріваючись від температури Ї°₀до £°, матиме об’єм:

Коефіцієнти об’ємного розширення наведені в таблиці 1. Слід пам’ятати, що підвищення температури не завжди веде до збільшення об’єму. Пригадайте, що вода має найбільшу густину при t⁰= 4 ^vC.

Газоподібні тіла також змінюють свій об’єм із зміною температури. Із залежністю об’єму газу від зміни температури ви ознайомитеся в курсі фізики пізніше.

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Гуз