Гіпермаркет знань >> фізика >> Фізика 7 клас >> Залежність розмірів тіл від температури

• Якщо ви спостережливі, то, напевно, звернули увагу на такі факти. електричні дроти влітку провисають набагато сильніше, ніж взимку, т. е. влітку вони довше. Якщо набрати повну пляшку холодної води і поставити в тепле місце, то з часом частина води з пляшки виллється, так як під час нагрівання вода розширюється. Повітряна кулька, винесений з кімнати на мороз, зменшується в об'ємі.

1. Переконуємося в тепловому розширенні твердих тіл, рідин і газів

нескладні досліди і численні спостереження переконують нас в тому, що, як правило, тверді тіла, рідини і гази під час нагрівання розширюються, а під час охолодження стискаються.

Теплове розширення рідин і газів легко спостерігати за допомогою колби, шийка якої щільно закупорена, а в пробку вставлена ​​скляна трубка. Перевернемо колбу, заповнену повітрям, в посудину з водою.

Тепер досить взятися за колбу рукою, і незабаром повітря, розширюючись в колбі, буде виходити у вигляді бульбашок з трубки під водою (рис. 2.30).

Тепер наповнимо колбу який-небудь підфарбованою рідиною і закупоримо так, щоб частина рідини увійшла в трубку (рис. 2.31, а). Позначимо рівень рідини в трубці і опустимо колбу в посудину з гарячою водою. У перший момент рівень рідини трохи знизиться (рис. 2.31, б), і це можна пояснити тим, що спочатку нагрівається і розширюється колба, а вже потім, нагріваючись, розширюється вода.

Мал. 2.30. При нагріванні повітря в колбі розширюється і частина його виходить з колби - це видно по бульбашок повітря, що виходить з трубки

Мал. 2.31 Досвід, що демонструє, що при нагріванні рідина (як тверді тіла і гази) розширюється: а - закрита корком колба з рідиною в трубці; б - в перший момент нагрівання рівень рідини трохи знижується; в - при подальшому нагріванні рівень рідини значно підвищується

Незабаром ми переконаємося, що в міру нагрівання колби і води в ній рівень рідини в трубці помітно підвищиться (рис. 2.31, в). Отже, тверді тіла і рідини, як і гази, під час нагрівання розширюються. Дослідницьким шляхом з'ясовано, що тверді тіла і рідини під час нагрівання розширюються набагато менше, ніж гази.

Теплове розширення твердих тіл можна продемонструвати також на наступному досвіді. Візьмемо мідна кулька, який в ненагрітими стані легко проходить крізь наведене до нього кільце. Нагріємо кульку в полум'ї спиртівки і переконаємося в тому, що кулька тепер не буде проходити крізь кільце (рис. 2.32, а). Після охолодження кулька знову легко пройде крізь кільце (рис. 2.32, б).

2. З'ясовуємо причину теплового розширення

У чому ж причина збільшення обсягу тел під час нагрівання, адже кількість молекул зі збільшенням температури не змінюється?

Атомно-молекулярна теорія пояснює теплове розширення тіл тим, що зі збільшенням температури збільшується швидкість руху атомів і молекул. В результаті збільшується середня відстань між атомами (Молекулами).

Мал. 2.32. Досвід, який ілюструє теплове розширення твердих тіл: а - в нагрітому стані кулька не проходить крізь кільце; б - після охолодження кулька проходить крізь кільце

Відповідно, збільшується обсяг тіла. І навпаки, чим нижче температура речовини, тим менше міжмолекулярні проміжки. Винятком є ​​вода, чавун і деякі інші речовини. Вода, наприклад, розширюється тільки при температурі вище 4 ° С; при температурі від Про 0C до 4 0C обсяг води під час нагрівання зменшується.

3. Характеризуючи теплове розширення твердих тіл

З'ясуємо, як змінюються лінійні розміри твердого тіла внаслідок зміни температури . Для цього виміряємо довжину алюмінієвої трубки, потім нагріємо трубку, пропускаючи крізь неї гарячу воду. Через деякий час можна помітити, що довжина трубки незначно збільшилася.

Замінивши алюмінієву трубку скляної такої ж довжини, ми переконаємося, що в разі однакового збільшення температури довжина скляної трубки збільшується набагато менше, ніж довжина алюмінієвої. Таким чином, робимо висновок: теплове розширення тіла залежить від речовини, з якого вона виготовлена.

Фізична величина , Що характеризує теплове розширення матеріалу і чисельно дорівнює відношенню зміни довжини тіла внаслідок його нагрівання на I ° С і його початкової довжини, називається температурним коефіцієнтом лінійного розширення.

Температурний коефіцієнт лінійного розширення позначається символом а й обчислюється за формулою:

З визначення температурного коефіцієнта лінійного розширення можна отримати одиницю цієї фізичної величини:

Нижче в таблиці наведені температурні коефіцієнти лінійного розширення деяких речовин.

Тепературние коефіцієнти лінійного розширення деяких речовин

4. Знайомимося з тепловим розширенням в природі і техніці

Здатність тел розширюватися під час нагрівання і стискатися під час охолодження відіграє дуже важливу роль в природі. Поверхня Землі прогрівається нерівномірно. В результаті повітря поблизу Землі також розширюється нерівномірно, і утворюється вітер, що зумовлює зміну погоди. Нерівномірний прогрівання води в морях і океанах призводить до виникнення течій, які суттєво впливають на клімат. Різкі коливання температури в гірських районах викликають розширення і стиснення гірських порід. А оскільки ступінь розширення залежить від виду породи, то розширення і стиснення відбуваються нерівномірно, і в результаті утворюються тріщини, які призводять до руйнування цих порід.

Теплове розширення доводиться брати до уваги при будівництві мостів та ліній електропередач, прокладання труб опалення, укладанні залізничних рейок, виготовленні залізобетонних конструкцій і в багатьох інших випадках.

Явище теплового розширення широко використовується в техніці і побуті. Так, для автоматичного замикання і розмикання електричних ланцюгів використовують біметалічні пластинки - вони складаються з двох смуг з різним коефіцієнтом лінійного розширення (рис. 2.33). Теплове розширення повітря допомагає рівномірно прогріти квартиру, охолодити продукти в холодильнику , провітрити кімнату.

Мал. 2.33. Для виготовлення автоматичних запобіжників (а), для автоматичного включення і виключення нагрівальних приладів (б) широко використовуються біметалеві пластинки (в). Один з металів при збільшенні температури розширюється набагато більше, ніж інший, в результаті цього пластинка вигинається (г) і електричний ланцюг розмикається (або замикається)

5. Вчимося вирішувати завдання

Завдання. Довжина сталевого залізничної рейки при температурі Про оC дорівнює 8 м На скільки збільшиться його довжина в спекотний літній день при температурі 40 ° С?

Аналіз умови задачі. Знаючи, як змінюється довжина сталевої деталі внаслідок нагрівання на 1 ° С, т. Е. Знаючи температурний коефіцієнт лінійного розширення стали, ми знайдемо, на скільки зміниться довжина рейки внаслідок нагрівання на 40 ° С. Температурний коефіцієнт лінійного розширення стали знайдемо по таблиці, наведеної вище.

• підводимо підсумки

Тверді тіла, рідини і гази під час нагрівання, як правило, розширюються. Причина теплового розширення в тому, що зі збільшенням температури збільшується швидкість руху атомів і молекул. В результаті збільшується середня відстань між атомами ( молекулами ). Теплове розширення твердих речовин характеризується коефіцієнтом лінійного розширення. Коефіцієнт лінійного розширення чисельно дорівнює відношенню зміни довжини тіла внаслідок нагрівання його на 1оC і його початкової довжини

• Контрольні питання

1. Наведіть приклади, що підтверджують, що тверді тіла, рідини і гази розширюються під час нагрівання.

2. Опишіть досвід, який демонструє теплове розширення рідин.

3. У чому причина збільшення обсягу тіл під час нагрівання?

4. Від чого, крім температури, залежить зміна розмірів тіл під час їх нагрівання (охолодження)?

5. В яких одиницях вимірюється коефіцієнт лінійного розширення?

1. Виберіть всі правильні відповіді. Коли тіло охолоджується, то:

а) швидкість руху його молекул зменшується;
б) швидкість руху його молекул збільшується;
в) відстань між його молекулами зменшується;
г) відстань між його молекулами збільшується.

2. Як зміниться обсяг повітряної кульки, якщо ми перенесемо його з холодного приміщення в тепле? Чому?
3. Що відбувається з відстанями між частинками рідини в термометрі в разі похолодання?
4. Чи правильним є твердження, що під час нагрівання тіло збільшує свої розміри, так як розміри його молекул збільшуються? Якщо немає, запропонуйте свій, виправлений, варіант.
5. Навіщо на точних вимірювальних приладах вказують температуру?
6. Згадайте досвід з мідним кулькою, який внаслідок нагрівання застрявав в кільці (див. Рис. 2.32). Як змінилися внаслідок нагрівання: об'єм кулі; його маса; щільність; середня швидкість руху атомів?
7. Після того як пар киплячої води пропустили через латунну трубку, довжина трубки збільшилася на 1,62 мм. Чому дорівнює коефіцієнт лінійного розширення латуні, якщо при температурі 15 0C
довжина трубки дорівнює 1 м? Нагадуємо, що температура киплячої води дорівнює 100 ° С.
8. Платиновий дріт довжиною 1,5 м перебував при температурі 0 ° С. Внаслідок пропускання електричного струму провід розжарився і подовжився на 15 мм. До якої температури він був нагрітий?
9. Мідний лист прямокутної форми, розміри якого при температури 20 0C складають 60 см х 50 см, нагріли до 600 ° С. Як змінилася площа листа?

• експериментальні завдання

1. Як, маючи дощечку, молоток, два гвоздика, спиртівку і пінцет, показати, що розмір монети в 5 копійок під час нагрівання збільшується? Виконайте відповідний досвід. Поясніть спостережуване явище.

2. Наповніть пляшку водою так, щоб усередині залишився бульбашка повітря. Нагрійте пляшку в гарячій воді. Прослідкуйте, як зміняться розміри бульбашки. Поясніть результат ..

Фізика. 7 клас: Підручник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кірюхін, О. О. Кірюхіна. - X .: Видавництво «Ранок», 2007. - 192 с .: іл.

зміст уроку

конспект уроку і опорний каркас презентація уроку інтерактивні технології акселеративного методи навчання Практика тести, тестування онлайн завдання і вправи домашні завдання практикуми та тренінги питання для дискусій в класі Ілюстрації відео- та аудіоматеріали фотографії, картинки графіки, таблиці, схеми комікси, притчі, приказки, кросворди, анекдоти, приколи, цитати Доповнення реферати шпаргалки фішки для допитливих статті (МАН) література основна та додаткова словник термінів Удосконалення підручників та уроків виправлення помилок в підручнику заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів календарні плани навчальні програми методичні рекомендації обговорення Ідеальні уроки-кейси

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, Напишіть нам .

Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - освітній форум .