Народна Освіта » Фізика » § 4. Теплове розширення.

НАРОДНА ОСВІТА

§ 4. Теплове розширення.

 

Тут ти дізнаєшся, що при зміні температури розміри будьякого фізичного тіла змінюються; що зміну розмірів можна розрахувати,знаючи теплові ха рактеристики речовини тіла.

Теплові процеси в речовині змінюють різні параметри фізичних тіл. Зокрема, при нагріванні і охолодженні змінюються лінійні розміри тіл. Це легко перевірити на досліді.

З цією метою візьмемо металеву трубку і закріпимо один її кінець нерухомо в затискачі (мал. 16), другий кінець трубки покладемо на коток зі стрілкою, який дозволить побачити зміну довжини трубки. Відмітимо положення кінця стрілки на шкалі і почнемо пропускати гарячу воду через трубку. Стрілка почне поступово відходити від початкового положення, відмічаючи збільшення довжини трубки. Чим довше пропускатимемо воду, тим більшим буде відхилення стрілки. Зрозуміло, що рух стрілки припиниться, коли трубка нагріється до температури води. Якщо використаємо воду вищої температури, то остаточне видовження буде більшим. Пропустивши холодну воду через трубку, ми побачимо, що її довжина зменшиться.

Детальні дослідження вчених показали, що довжину тіла / після нагрівання до деякої температури можна розрахувати, якщо врахувати, що його видовження Al пропорціональне початковій довжині /о і зміні його температури At = /2:

Al = a I0 · At'.

Al = Oil \t°.    т    ·

Тут а — температурний коефіцієнт лінійного розширення, /, — початкова температура, /2 — кінцева температура. Формулу для розрахунку лінійних розмірів тіла після нагрівання можна отримати з попередньої, якщо врахувати, що кінцева довжина / дорівнює сумі початкової довжини I0 і видовження Al:

I = I0 +Al.    1 ~ 1O+Al-

Звідки

Згідно з останньою формулою температурний коефіцієнт розширення

 

Він показує, яким буде відносне видовження стрижня Al/І при його нагріванні на 1 градус.

На мал. 17. показано залежність лінійного відносного видовження від зміни температури для тіл, виготовлених з різних речовин.

Усі величини в формулі доступні для вимірювання в експерименті, що дозволяє за результатами експерименту визначити температурний коефіцієнт для будь-якої речовини. Створені спеціальні таблиці, де вказані такі величини (мал. 17).

Таблиця. 1. Температурний коефіцієнт лінійного розширення

твердих тіл.

Речовина

Речовина

Алюміній

Мідь

Залізо

Срібло

Кварц

Сталь

Константан

Суперіннар

Латунь

 

 

Подумай.

1.    У яких речовин температурний коефіцієнт найбільший?

2.    У яких речовин температурний коефіцієнт найменший?

3.    Яку речовину ти вибрав би для виготовлення термометра власної конструкції?

4.    Які можливі застосування суперінвару?

ДІЗНАЙСЯ БІЛЬШЕ

 

Розширення при нагріванні відбувається тому, що при нагріванні збільшується швидкість хаотичного руху молекул. Оскільки рух хаотичний, то збільшуються розміри в усіх напрямах. Якщо нагрівається стрижень, то збільшується не тільки його довжина, а й площа поперечного перерізу. Свідченням цього є дослід з кулею Гравезан-да (мал. 18).

За кімнатної температури металева куля вільно проходить через кільце. Якщо ж її нагріти в полум’ї спиртівки, то вона не буде проходити через кільце. Отже, діаметр кулі збільшився у різних напрямах однаково, і вона зберегла свою форму. Проте є речовини, у яких термічний коефіцієнт розширення залежить від напряму. Ці речовини називаються анізотропними. Так, якщо кулю, вирізану з монокристалу гіпса, нагріти, то вона змінить свою форму і матиме вигляд еліпсоїда (тіло, схоже на куряче яйце).

Екскурсія в техніку.

 

Кому довелося мандрувати залізницею, той не міг не помітити, що колія, якою прямують вагони, складаються з окремих частин, які своїми кінцями не дотикаються щільно одна до одної, а скріплені на деякій відстані. Досвід використання залізничного транспорту показав, що без застосування цих проміжків між рейками взагалі не може існувати система залізничного транспорту. Щілини між рейками розраховують так, щоб рейки могли вільно розширюватися влітку і стискатися (вкорочуватися) взимку. Це сприяє збереженню цілісності рейок, але створює певні незручності для пасажирів. Колеса вагонів і локомотивів, при коченні такою колією, зазнають періодичних ударів і створюють значний шум, що пришвидшує процес руйнування вагонів, що є вкрай небажаним наслідком.

У найбільш сучасних залізницях все частіше використовують так звану «оксамитову колію», якою вагони і локомотиви рухаються плавно, без характерних стуків на з’єднаннях рейок. Це тому, що інженери розробили таку технологію, коли рейки зварюють у довгу ланку колії і вагони не зазнають руйнівної дії ударів на проміжках між рейками. Але все-таки в певних місцях на колії, де закінчуються зварені ланки, встановлюють пристрої, які називають компенсаторами. Це пристрої.

які забезпечують вільне розширення і скорочення ланцюга з рейок.

 

Хто уважно придивлявся до будови моста, той міг помітити, що один з кінців кожної з його ферм прикріплений до опори нерухомо, а другий - опирається на котки, що лежать на другій опорі, або просто не закріплений. Причиною, яка спонукала інженерів до такої конструкції кріплення ферм, стало теплове розширення. Як змінюється температура повітря, так відповідно і змінюється довжина ферми. Якби обидва кінці ферми були прикріплені до опори, то при підвищенні температури міст вигнувся б, або навіть і зруйнувався б. А при зменшенні температури зруйнувалися б опори або ή сама ферма.

У випадку ж прокладання металевих трубопроводів для запобігання руйнування труб при зміні температури труби вигинають у формі частини кільця. Така конструкція називається компенсатором, оскільки при зміні температури згинається чи розгинається і нейтралізує (компенсує) зміну довжини труби.

Вправи

При нагріванні термометра об’єм скляної порожнини, у якій знаходиться ртуть, збільшується. Чому стовпчик ртуті все ж підіймається?

Паропровідна сталева труба завдовжки 10 м нагрівається від 0° до 100 °С. На скільки змінюється довжина труби? (17 · 10:,м)

Прочитай і з’ясуй, що ти знаєш.

1.    Чому змінюються лінійні розміри тіла при зміні температури?

2.    Як розрахувати зміну лінійних розмірів тіл при зміні температури?

3.    Чому між рейками зовнішньої залізничної колії існують проміжки, а в підземних колій метра таких проміжків між рейками немає?

4.    Яка фізична сутність температурного коефіцієнта лінійного розширення?

δ. Чому на графіку мал. 12 показано декілька графіків?

6.    Чому при побудові моста один з його кінців розміщують на котках?

7.    Чому при прокладанні теплотрас труби в деяких місцях згинають дугою?

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Савченко

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 11-08-2016, 14:40, Переглядів: 2542