§12 Тепловое расширение
Твёрдые тела расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении.
Тепловое расширение – изменение размеров тел при нагревании.
В обычной жизни оно незаметно. Придя с мороза домой, мы не видим различий в собственных размерах.
Доказать, что тепловое расширение есть, поможет опыт.
Опыт:
Если взять стальной шар, который проходит через кольцо, и нагреть его, шар застрянет. Остывая, шар уменьшится в |
Посмотрим, насколько увеличатся размеры тел при нагревании на 80 ˚С. Нагревание стержней из различных материалов от 20 ˚С до 100 ˚С. Стержни стали длиннее: стеклянный – на 0,10 мм; стальной – на 0,11 мм; алюминиевый – на 0,29 мм. |
Тепловое расширение тел незаметно, но может привести к проблемам: разрушению построек, изгибу труб и рельсов, разрыву проводов. Его всегда учитывают при строительстве: оставляют
зазоры между рельсами (из-за них стучат колёса поездов и трамваев) или делают так, чтобы провода линий электропередач при нормальных условиях провисали.
Различные твёрдые тела расширяются неодинаково.
Этот принцип используют в быту. Например, биметаллическая пластина сделана из двух разных металлов. Из-за того, что при нагревании эти металлы расширяются неодинаково, пластина не
просто увеличивается в ширину, а изгибается. Благодаря ей, когда вода закипает, электрочайник автоматически выключается.
Жидкости тоже подвержены тепловому расширению. Если поставить колбы с водой, спиртом и подсолнечным маслом в ёмкость с горячей водой, то уровень всех жидкостей приподнимется, но неодинаково. |
Различные жидкости, как и твёрдые тела, при нагревании расширяются неодинаково.
Расширение жидкостей (ртути, спирта) используют в жидкостных термометрах.
Но в правиле теплового расширения и сужения тел есть исключения. При охлаждении с +4 ˚С до 0 ˚С вода не сужается, а расширяется. В итоге в твёрдом состоянии (лёд) она занимает больше места, чем в жидком. Из-за замёрзшей в трещинах воды разрушается асфальт, трескаются трубы, лопаются замёрзшие бутылки с водой. Расширение воды видел каждый, кто забывал в
морозильнике пластиковую бутылку с напитком.
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:
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? |