Залежність розмірів фізичних тіл від температури
теплове розширення твердих тіл, рідин і газів
Як правило, тверді тіла, рідини й гази під час нагрівання розширюються, а під час охолодження — стискуються.
Теплове розширення газів
Нагріваючись,
повітря в колбі розширюється, і деяка його частина виходить із колби — біля отвору трубки утворюються бульбашки повітря
Теплове розширення рідини
Закорковану колбу з рідиною в трубці (а) помістили в посудину з гарячою водою. Рівень рідини в трубці спочатку трохи знизився (б) (це пояснюється тим, що спочатку нагрівається й розширюється колба, а вже потім, нагріваючись, розширюється вода), а через деякий час — значно підвищився (в)
а
б
в
Теплове розширення твердих тіл
а
б
Пристрій Ґравезанда, за допомогою якого ілюструють теплове розширення твердих тіл:
а — у нагрітому стані кулька не проходить крізь кільце;
б — після охолодження кулька крізь кільце проходить
Причини теплового розширення
Зі збільшенням температури збільшується кінетична енергія частинок речовини, з яких складається тіло.
Середня відстань між частинками також збільшується, і, відповідно, збільшується об’єм тіла.
І навпаки, зі зниженням температури тіла кінетична енергія частинок зменшується, проміжки між частинками зменшуються теж і, відповідно, зменшується об’єм тіла.
Існують речовини, об’єм яких на певному інтервалі температур під час нагрівання зменшується, а під час охолодження — збільшується. До таких речовин належать вода, чавун і деякі інші. Вода, наприклад, під час охолодження до 4 °С (точніше, до 3,98 °С) стискується, як і більшість речовин. Однак починаючи з температури 4 °С і до замерзання (0 °С) вода розширюється. Саме завдяки цій властивості річки, моря й океани не промерзають до дна навіть у сильні морози. Адже саме за температури 4 °С вода має найбільшу густину і тому опускається на дно водойми. За температури ж 0 °С густина води є меншою, тому така вода залишається на поверхні й замерзає — перетворюється на лід
? !
0 °C
+1 °C
+2 °C
+3 °C
+4 °C
Теплове розширення у природі й техніці
1
2
а
1
2
б
Тепло
Для автоматичного вимкнення електронагрівальних пристроїв (наприклад, чайника) використовують біметалеві пластинки (а)
(Дія таких пластинок заснована на тому, що різні метали по-різному розширюються під час нагрівання )
Теплове розширення у природі й техніці
Щоб міст не вигинався під час спеки й не руйнувався в мороз, його виготовляють з окремих секцій, з’єднаних спеціальними зчленуваннями (ряди зубців змикаються під час спеки
й розходяться під час морозів)
Паропроводи на теплових електростанціях та інші трубопроводи, які можуть нагріватися, облаштовують спеціальними компенсаторами, що дає змогу розширюватися трубам.
Будуючи мости, один з кінців їхніх прольотів кріплять до опори, а інший розташовують вільно або на спеціальних котках.
Теплове розширення у природі й техніці
Підбиваємо підсумки