Embedded Files
Тепловое расширение – это изменение размеров тел при нагревании.
Доказать, что тепловое расширение существует, можно опытным путём.
Возьмем стальной шар, который легко проходит через кольцо. Затем нагреем его и повторим опыт. Увидим, что шар застрял в кольце. Через некоторое время шар остынет и опять пройдет через кольцо. Очевидно, что при нагревании шар увеличился в размерах, а при остывании – вновь уменьшился.
Размеры тел меняются из-за того, что меняются расстояния между составляющими их частицами. При нагревании тела его частицы удаляются друг от друга и объём тела увеличивается. При охлаждении происходит обратное – частицы сближаются и объем тела уменьшается.
Выясним, насколько увеличатся размеры различных тел при нагревании. Нагреем стержни из различных материалов от 20 ˚С до 100 ˚С. В результате измерений длины стержней до и после нагревания, получим, что что длина стеклянного стержня увеличилась на 0,09 мм, стального – на 0,10 мм, алюминиевого – на 0,29 мм.
Отсюда вывод, что различные твёрдые тела расширяются неодинаково.
Этот закон широко используется в технике. Например, биметаллическая пластина (изготовленная из двух разных металлов) при нагревании изгибается. Изгиб происходит из-за неодинакового расширения металлов (один металл удлиняется больше, чем другой). Этот эффект используется, в частности, в бытовых электрочайниках. Когда вода закипает, чайник автоматически выключается.
Тепловое расширение тел незаметно, но может привести к проблемам: разрушению построек, изгибу труб и рельсов, разрыву проводов. При конструировании и постройке сооружений всегда учитывают тепловое расширение: оставляют зазоры между рельсами, делают компенсирующий изгиб в трубах, крепят провода линий электропередач без сильного натяжения.
Жидкости тоже подвержены тепловому расширению. Если поставить колбы с водой, спиртом и подсолнечным маслом в ёмкость с горячей водой, то уровень всех жидкостей повышается, но на разную величину.
Различные жидкости, как и твёрдые тела, при нагревании расширяются неодинаково.
Расширение жидкостей (ртути, спирта) используют в жидкостных термометрах.
Исключением из закона теплового расширения является вода. При охлаждении от +4 ˚С до 0 ˚С вода не сжимается, а расширяется. То есть в твёрдом состоянии (лёд) она имеет больший объём, чем в жидком. Из-за замёрзшей в трещинах воды разрушается асфальт, трескаются трубы, лопаются замёрзшие бутылки с водой.
Газы тоже сжимаются и расширяются. Если закрыть пластиковую бутылку пробкой и положить в холодильник, при охлаждении воздух в ней сожмётся, и бутылка сомнётся. При нагревании воздух вновь распрямит бутылку.
Но важно помнить, что все газы, в отличие от твёрдых тел и жидкостей, при нагревании расширяются одинаково.
Вопросы:
1. Почему стеклянная банка или стакан могут треснуть, если в них заливать кипяток?
2. Где находит применение тепловое расширение тел?
3. Какой вред может нанести тепловое расширение?
4. Всегда ли тела расширяются при нагревании?
5*. Почему в опыте с нагреванием колбы с водой уровень жидкости сначала понижается, а только потом начинает расти?
Google Sites
Report abuse