Доклад на тему тепловое расширение 7 класс

Обновлено: 04.07.2024

При изменении температуры изменяются размеры твёрдых тел. Расширение под воздействием температуры характеризуется коэффициентом линейного термического расширения.

Коэффициент линейного термического расширения показывает, на какую часть первоначальной длины или ширины изменится размер тела, если его температура повысится на 1 градус.

Если рассматривать стержень твёрдого вещества длиной 1 метр, то при повышении температуры на один градус длина стержня изменится на такое число метров, которое равно коэффициенту линейного расширения.

\(10\) км железнодорожного пути при увеличении температуры воздуха на \(9\) градусов (например, от \(-5\) до \(+4\)), удлиняются на 10 000 ⋅ 0,000012 ⋅ 9 = 1 , 08 метр. По этой причине между участками рельсов оставляют промежутки.

Термическое расширение надо учитывать и в трубопроводах, там используют компенсаторы — изогнутые трубы, которые при изменении температуры воздуха при необходимости могут сгибаться. На рисунке видно, что произойдёт, если не будет компенсатора.

Инженерам, проектирующим мосты, оборудование, здания, которые подвержены изменениям температуры, необходимо знать, какие материалы можно соединять, чтобы не образовались трещины.

Электрикам, которые протягивают линии электропередачи, необходимо знать, каким изменениям температуры будут подвержены провода. Если летом провода натянуты, то зимой они оборвутся.

При термическом расширении металлов используют автоматические выключатели тепловых приборов. Этот выключатель состоит из двух плотно соединённых пластин различных металлов (с различными термическими коэффициентами). Биметаллические пластины под воздействием температуры сгибаются или выпрямляются, замыкая или размыкая электрическую цепь.

. Биметаллические пластины состоят из двух металлов с различными коэффициентами линейного расширения. При изменении температуры длина каждой пластины изменяется по-разному, в зависимости от этого пластины выгибаются либо вверх, либо вниз.

С изменением линейных размеров изменяется также и объём тела. Изменение объёма тела описывается формулой, похожей на формулу линейного расширения, только вместо коэффициента линейного термического расширения используется коэффициент объёмного термического расширения.

Изменение объёма тела под воздействием температуры описывается формулой: V = V 0 ( 1 + β ⋅ Δ T ) , где

Коэффициент объёмного термического расширения показывает, на какую часть первоначального объёма изменится объём тела после повышения температуры на 1 градус.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Вид урока: комбинированный. Цель урока: 1) дидактическая: объяснить физическую природу теплового расширения тел, научить студентов производить расчеты линейных и объемных изменений твердых и жидких тел пи изменении их температуры 2) воспитательная: совершенствовать умения студентов применять полученные теоретические знания к решению практических задач, вызвать интерес к изучаемому предмету 3) развивающая: развивать у студентов мышление, показать значение теплового расширения в природе и технике, уметь объяснять механизм теплового расширения тел на основе МКТ.

I) Организационный момент, постановка цели урока II) Фронтальный опрос по пройденному материалу а) Сформулируйте основные положения теории МКТ. б) Строение жидких тел с точки зрения МКТ. в) Строение твердых тел с точки зрения МКТ.

III) Изучение нового материала. Вопросы: Что происходит с телом при охлаждении и нагревании? Почему тела расширяются? Приведите примеры изменения размеров тела при изменении температуры

Видео тепловое расширение

Тепловое расширение – увеличение линейных размеров тела и его объема, происходящие при повышении температуры.

Вопрос: Одинаково ли расширяются тела при одинаковом нагревании?

Расширение твердых веществ при нагревании происходит одинаково по всем направлениям. Однако, на практике приходится учитывать расширение только в одном направлении. Поэтому, рассмотрим ЛИНЕЙНОЕ РАСШИРЕНИЕ - изменение одного определенного размера твердого тела при изменениях температуры.

Линейное расширение - ? Стержень: ∆l = α l 0 t, α = f ( рода вещества и внешних условий) коэффициент линейного расширения ∆l α показывает на какую часть изменяется длина тела при изменении t на 1 С При t = 0 l 0 При t l t l t - l 0 = α l 0 t l t = l 0 (1+ αt) L2 = l1(1+ α(t2 - t1) l 0 t α

Допустим, что алюминиевый провод линии электропередачи при температуре 0°С имеет длину 50м . При нагревании провода на 60°С его длина увеличилась на 6,9 см. Вычислить увеличение длины провода при нагревании на 1°С.

Зимой при соединении железнодорожных стальных рельсов оставляют промежутки в стыках, чтобы дать свободно расширяться в жаркое время года. Какой запас требуется оставлять для этого расширения? Длина рельса 12,5м.

Объемное расширение - ? ( рода вещества и внешних условий) коэффициент объемного расширения показывает на какую долю изменяется объем (V) при нагревании на 1 С При t = 0 v o При t v t β = f β ∆v = β v0 t β = ∆v v0 t v t - v0 = βv0 t vt = v0(1 + βt) V2 = V1(1+ β(t2 –t1)

Связь между β и α . Куб с длиной ребра l : V0 = l0 Vt = V0(1 + β t) = l0 (1 + αt) 3 3 β = 3 α 3

Зависимость плотности тела от изменения температуры

для всех формул - изменяется ! m = const ρ При t = 0 ρ0 m V0 При t ρt m Vt ρt m m m 1 ρ0 Vt v0(1 + βt) V0 1 + βt 1 + βt ρt ρ0 1 + βt

Использование теплового расширения твердых тел на примере приборов изготовленных руками студентов КЭК 1.Биметаллический терморегулятор 2. Пожарная сигнализация

Если крышку хорошо закрытой банки нагреть, то ее легче можно будет открутить.

Если Пытаться открутить ржавый болт то это будет очень сложно. Благодаря тепловому расширению можно нагреть болт и спокойно выкрутить.

Особенности теплового расширения воды Вода расширяется при нагревании только свыше 4 °С. При нагревании от 0 °С до 4 °С объем воды, наоборот, уменьшается. Таким образом, наибольшую плотность вода имеет при 4 °С. Эти данные относятся к пресной (химически чистой) воде. У морской воды наибольшая плотность наблюдается примерно при 3 °С.

Закрепление изученного материала Как зависят линейные размеры и объемы тел от температуры? Как изменяется плотность тела при изменении температуры. Почему при быстром нагревании стеклянной колбы, до краев заполненной жидкостью, ее уровень сначала несколько понизится, а затем повышается, и жидкость начинает переливаться через край?

Сильнее всех расширяются Из твердых тел сильнее всех расширяется воск, превышая в этом отношении многие жидкости. Коэффициент теплового расширения воска в зависимости от сорта в 25 – 120 раз больше чем у железа. Из жидкостей сильнее других расширяется эфир. Однако есть жидкость, расширяющаяся в 9 раз сильнее эфира – жидкая углекислота (СО3) при +20 градусах Цельсия. Ее коэффициент расширения в 4 раза больше, чем у газов.

Наименьший коэффициент теплового расширения Наименьшим коэффициентом теплового расширения из твердых тел обладает кварцевое стекло – в 40 раз меньше, чем железо. Кварцевую колбу раскаленную до 1000 градусов можно смело опускать в ледяную воду, не опасаясь за целостность сосуда: колба не лопается. Малым коэффициентом расширения, хотя и большим, чем у кварцевого стекла, отличается также алмаз.

Из металлов, меньше всего расширяется сорт стали, носящий название инвар, коэффициент его теплового расширения в 80 раз меньше, чем у обычной стали.

Аномалии теплового расширения Существуют твердые тела, которые при охлаждении ниже некоторой температуры расширяются – это алмаз, закись меди и смарагд. Алмаз начинает расширяться при достаточном холоде, именно при -42 градусах Цельсия; закись меди и смарагд обнаруживают ту же особенность при умеренном морозе около -4 градусов.

Самостоятельная работа по решению задач 1в 2в (№8.4) (№8.6) (№8.28)

Вопросы(домашнее задание). 1) Что происходит с телами при охлаждении и нагревании? 2) Почему тело расширяется? 3) Что изменяется в процессе расширения? 4) Дайте определение: а) тепловое расширение – это б) объемное расширение – это в) линейное расширение – это 5) Одинаково ли расширяются разные тела при нагревании на одно и тоже число градусов (К) 6) Как изменяется плотность тела при изменении температуры?

7) Как зависят линейные размеры и объемы тел от температуры? 8) Каков физический смысл температурного коэффициента линейного расширения? 9) Каковы особенности теплового расширения воды? 10) Объясните, почему стеклянный сосуд может расколоться, если одну из его частей нагреть или охладить быстрее, чем другую часть? 11) Объясните, почему при быстром нагревании стеклянной колбы, до краев заполненной жидкостью, ее уровень сначала несколько понизится, а затем повышается, и жидкость начинается переливаться через край? 12) Какая температура воды зимой на дне замерзшего озера?

13) Увеличится или уменьшится выталкивающая сила действующая на алюминиевую чашку, погруженную в воду, если температура воды увеличится с t1 = 1C до t2 = 4C? 14) Каков физический смысл коэффициента объемного расширения? 15) Какова связь между коэффициентами линейного и объемного расширения?

Раздел, исследующий тепловые явления в физике, называется термодинамикой. При его изучении не учитывают молекулярное строение тел, а рассматривают оптимальные условия. Исследованием же процесса хаотичного перемещения атомов и молекул вещества занимается молекулярная физика. Именно она определяет природу движения, зависимость от температуры и закономерности.

Общие сведения

В обычной жизни человечество постоянно становится свидетелем тепловых явлений, происходящих в природе. Например, выпадение снега, дождя, образование росы. Все эти процессы связаны с температурой, а именно изменением тепловых движений. Любое вещество состоит из молекул или атомов, взаимодействующих между собой. Эти частицы находятся в постоянном беспорядочном колебании и движении. Характеризуется этот процесс кинетической энергией, которая содержится внутри тела.

Как показали исследования, насколько уменьшается механическая энергия, настолько увеличивается внутренняя. Это правило назвали законом сохранения. То есть значение существующей энергии в природе — всегда постоянная величина. Именно поэтому тепловые колебания никогда не прекращаются. Количество внутренней энергии зависит от многих факторов, но особо значимым из них является температура. Если её значение изменяется без совершения работы, то говорят о прохождении теплопередачи.

Существует несколько типов процессов, сопровождающихся изменением температуры или переходом из одного агрегатного состояния в другое. В зависимости от происходящего действия к тепловым явлениям относятся:

Нагревание. Процесс повышения температуры.
Охлаждение. Явление, при котором температура тела уменьшается.
Парообразование. Переход вещества из текучего состояния в газообразное.
Кипение. Частный случай парообразования, происходящий с высокой интенсивностью.
Испарение. Фазовый переход из жидкого состояния в газообразное.
Кристаллизация. Процесс образования твёрдого вещества из газов или расплавов.
Плавление. Явление перехода материала из твёрдого состояния в текучее.
Конденсация. Переход жидкого или твёрдого вещества в газообразное.
Сгорание. Химический процесс превращения веществ в газ.
Сублимация. Переход материала из твёрдого состояния в газообразное без стадии плавления.

Эти явления могут изучаться не только на уроках физики, но и на химии, металловедении. Они используются при разработке различных устройств, учитываются при проведении строительных работ. Так, при прокладке трубопроводов делается изгиб п-образной формы. Это позволяет избежать деформации и разрушения. Рельсы устанавливаются с зазором, а провода на столбах навешивают так, чтобы они свисали. Все эти мероприятия позволяют бороться с тепловыми явлениями, которые обязательно необходимо знать и учитывать.

Тепловой баланс

Равновесие — это термин, довольно часто используемый в физике. Под ним понимают состояние, в котором тело может находиться сколь угодно долгое время при условии, что на него не воздействуют внешние силы. Чтобы разобраться в тепловом равновесии, нужно рассмотреть пример.

Пусть есть два бруска, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Один из них нагрет, а второй, наоборот — охлаждён. Эти два тела можно привести в соприкосновение. При этом будет происходить одновременно два явления:

нагрев холодного тела;
остывание горячего бруска.

Через некоторое время под действием этих явлений установится устойчивое состояние. Горячий и холодный объектыпримут одинаковую температуру, то есть станут тёплым. Это состояние может сохраняться в замкнутой системе продолжительное время. Другими словами, наступит явление теплового равенства. Это один из важнейших законов природы, определение которого звучит так: в состоянии равновесия физическая система имеет одинаковую температуру в любой точке.

Степень нагрева или охлаждения характеризуется температурой. Определить её можно различными способами. Самый простой из них — использовать тактильные ощущения. Но это приблизительный метод — субъективный. При изменении температуры происходит хаотичное движение молекул, которое в конце концов приводит к диффузии.

При взаимном проникновении молекул веществ происходит заполнение ими промежутков в структуре тела. Можно провести простой эксперимент. Например, взять колбу и налить на её дно подкрашенную воду, а сверху — чистую. Через некоторое время граница между средами станет размытой. Это и есть простой пример произошедшей диффузии. Теперь если эту колбу нагреть или охладить, то можно будет заметить, что процесс смешивания происходит с разной скоростью. Так, при низкой температуре скорость движения молекул становится меньше по сравнению с высокой. Другими словами, снижается энергия движения.

Следовательно, чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия (СКЭ) хаотичного перемещения его молекул. Таким образом, чтобы определить нагрев или охлаждение, нужно измерить СКЭ. Сделать это на опыте невозможно. Но как оказалось, от температуры зависят многих характеристики вещества. Одна из них — объём. На этом явлении и основана работа термометра, устройства, способного количественно определить температуру вещества.

Расширение тел, газов, жидкостей

Явление, характеризующее изменение геометрических размеров тела или объёма, получило название тепловое расширение. Большинство веществ при нагревании увеличивают свои размеры, но встречаются и исключения. Например, вода при температуре от 0 до 4 градусов Цельсия уменьшает свой объём. Как оказалось, тепловому расширению подвержены тела, находящиеся в любом агрегатном состоянии:

твёрдом;
жидком;
газообразном.

Твёрдые тела относятся к веществам, у которых явление расширения или сжатия имеет небольшую степень. Для того чтобы зарегистрировать изменения длины, используют специальный прибор. Но наглядно увидеть эффект можно и самостоятельно. Например, пусть имеется медная трубка, закреплённая одним концом в тиски, а второй лежит на подставке. Чтобы наблюдать изменение длины при нагреве, можно положить на подставку стекло, а на него — иголку. Если при нагревании трубка будет удлиняться, то игла начнёт катиться. Это и произойдёт при опыте.

Почему это происходит, объяснить довольно просто. Стержень удлиняется из-за увеличения расстояния между молекулами. То есть сначала частицы колеблются в состоянии равновесия с установившейся амплитудой. Когда происходит нагрев, то размах увеличивается. При этом размеры молекул остаются неизменным. Следовательно, возрастает расстояние между частицами — твёрдое тело удлиняется.

Увидеть, как будет изменяться от температуры жидкость, можно, поместив колбу с водой в кипящий раствор. При этом водяной столб сначала опустится на некоторую величину, а потом будет набирать высоту. Происходит это явление из-за того, что первоначально нагрелась колба, а затем уже вода. В результате сначала объём сосуда увеличился, и вода как бы провалилась. Затем начинает прогреваться жидкость, и водяной столб возрастает. Из эксперимента можно сделать важный вывод — текучие вещества расширяются сильнее, чем твёрдые.

Аналогичный опыт можно провести для колбы, наполненной газом. Внизу неё налита подкрашенная жидкость, в которую вставлена трубочка, выходящая наружу через пробку. Если сосуд начать нагревать, то станет довольно заметно, как под влиянием тепла будет подниматься жидкость. То есть под действием увеличивающего давления газа происходит вытеснение воды из-за расширения.

Количественное описание расширения

Изменение линейных размеров тела с учётом температурной зависимости характеризуется коэффициентом теплового расширения. Это физическая величина, показывающая, как меняется объём при росте температуры на один градус по кельвину. При этом давление должно оставаться неизменным.

Каждое вещество в зависимости от своего строения характеризуется собственным значением коэффициента линейного расширения. Обозначают его с помощью буквы α, а для вычисления его значения используют формулу: α = ΔL / L * ΔT, где: ΔT — увеличение температуры, ΔL — изменение длины вещества, L — первоначальный размер. Это табличная величина.

Таким образом, если необходимо узнать, какое значение примет линейное расширение, нужно воспользоваться выражением: ΔL = α * L * ΔT. Аналогичные формулы используют и для расчёта изменения объёма или площади тела. В простом случае, при котором коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, материал будет равномерно расширяться во все стороны.

Но, как показывает практика, не все вещества, особенно твёрдые тела, равномерно расширяются по всем направлениям. Причём не все материалы удлиняются одинаково. Самый яркий пример — вода. В интервале от 0 °C до +4 °C коэффициент α принимает отрицательное значение. Из-за этого природного эффекта моря и океаны никогда не промерзают до дна. Ещё одно аномальное свойство воды в том, что при превращении в лёд её удельная плотность уменьшается.

Изучаемые в 8 классе на физике тепловые явления жизненно важны для человечества. Так, любой инженер, составляя проект металлоконструкций, не может не учитывать возможного перепада температур в течение года. Например, при постройке мостов используется секционное строительство со специальными буферными зонами. Иначе зимой его может просто разорвать, а летом — вздыбить.

Известно, что под действием тепла частицы ускоряют свое хаотичное движение. Если нагревать газ, то молекулы, составляющие его, просто разлетятся друг от друга. Нагретая жидкость сначала увеличится в объеме, а затем начнет испаряться. А что будет с твердыми телами? Не каждое из них может изменить свое агрегатное состояние.

Термическое расширение: определение

Тепловое расширение – это изменение размеров и формы тел при изменении температуры. Математически можно высчитать объемный коэффициент расширения, позволяющий спрогнозировать поведение газов и жидкостей в изменяющихся внешних условиях. Чтобы получить такие же результаты для твердых тел, необходимо учитывать коэффициент линейного расширения. Физики выделили целый раздел для такого рода исследований и назвали его дилатометрией.

Инженерам и архитекторам необходимы знания о поведении разных материалов под воздействием высоких и низких температур для проектировки зданий, прокладывания дорог и труб.

Расширение газов

Тепловое расширение газов сопровождается расширением их объема в пространстве. Это заметили философы-естественники еще в глубокой древности, но построить математические расчеты получилось только у современных физиков.

В первую очередь ученые заинтересовались расширением воздуха, так как это казалось им посильной задачей. Они настолько рьяно взялись за дело, что получили довольно противоречивые результаты. Естественно, такой исход научное сообщество не удовлетворил. Точность измерения зависела от того, какой использовался термометр, от давления и множества других условий. Некоторые физики даже пришли к мнению, что расширение газов не зависит от изменения температуры. Или эта зависимость не полная.

Работы Дальтона и Гей-Люссака

Физики продолжали бы спорить до хрипоты или забросили бы измерения, если бы не Джон Дальтон. Он и еще один физик, Гей-Люссак, в одно и то же время независимо друг от друга смогли получить одинаковые результаты измерений.

Люссак пытался найти причину такого количества разных результатов и заметил, что в некоторых приборах в момент опыта была вода. Естественно, в процессе нагревания она превращалась в пар и изменяла количество и состав исследуемых газов. Поэтому первое, что сделал ученый, – это тщательно высушил все инструменты, которые использовал для проведения эксперимента, и исключил даже минимальный процент влажности из исследуемого газа. После всех этих манипуляций первые несколько опытов оказались более достоверными.

Дальтон занимался этим вопросом дольше своего коллеги и опубликовал результаты еще в самом начале XIX века. Он высушивал воздух парами серной кислоты, а затем нагревал его. После серии опытов Джон пришел к выводу, что все газы и пар расширяются на коэффициент 0,376. У Люссака получилось число 0,375. Это и стало официальным результатом исследования.

Упругость водяных паров

Тепловое расширение газов зависит от их упругости, то есть способности возвращаться в исходный объем. Первым данный вопрос стал исследовать Циглер в середине восемнадцатого века. Но результаты его опытов слишком разнились. Более достоверные цифры получил Джеймс Уатт, который использовал для высоких температур папинов котел, а для низких – барометр.

В конце XVIII века французский физик Прони предпринял попытку вывести единую формулу, которая бы описывала упругость газов, но она получилась лишком громоздкая и сложная в использовании. Дальтон решил опытным путем проверить все расчеты, используя для этого сифонный барометр. Не смотря на то что температура не во всех опытах была одинакова, результаты получились очень точными. Поэтому он опубликовал их в виде таблицы в своем учебнике по физике.

Теория испарения

Тепловое расширение газов (как физическая теория) претерпевала различные изменения. Ученые пытались добраться до сути процессов, при которых получается пар. Здесь снова отличился известный уже нам физик Дальтон. Он высказал гипотезу, что любое пространство насыщается парами газа независимо от того, присутствует ли в этом резервуаре (помещении) какой-либо другой газ или пар. Следовательно, можно сделать вывод, что жидкость не будет испаряться, просто входя в соприкосновение с атмосферным воздухом.

Давление столба воздуха на поверхность жидкости увеличивает пространство между атомами, отрывая их друг от друга и испаряя, то есть способствует образованию пара. Но на молекулы пара продолжает действовать сила тяжести, поэтому ученые посчитали, что атмосферное давление никак не влияет на испарение жидкостей.

Расширение жидкостей

Тепловое расширение жидкостей исследовали параллельно с расширением газов. Научными изысканиями занимались те же самые ученые. Для этого они использовали термометры, аэрометры, сообщающиеся сосуды и прочие инструменты.

Все опыты вместе и каждый в отдельности опровергли теорию Дальтона о том, что однородные жидкости расширяются пропорционально квадрату температуры, на которую их нагревают. Конечно, чем выше температура, тем больше объем жидкости, но прямой зависимости между ним не было. Да и скорость расширения у всех жидкостей была разной.

Тепловое расширение воды, например, начинается с нуля градусов по Цельсию и продолжается с понижением температуры. Раньше такие результаты опытов связывали с тем, что расширяется не сама вода, а сужается емкость, в которой она находится. Но некоторое время спустя физик Делюка все-таки пришел к мысли, что причину следует искать в самой жидкости. Он решил найти температуру ее наибольшей плотности. Однако это ему не удалось ввиду пренебрежения некоторыми деталями. Румфорт, занимавшийся изучением этого явления, установил, что максимальная плотность воды наблюдается в пределах от 4 до 5 градусов по Цельсию.

Тепловое расширение тел

Закон теплового расширения тел сформулирован так: любое тело с линейным размером L в процессе нагревания на dT (дельта Т – разница между начальной температурой и конечной), расширяется на величину dL (дельта L – это производная коэффициента линейного теплового расширения на длину объекта и на разность температуры). Это самый простой вариант этого закона, который по умолчанию учитывает, что тело расширяется сразу во все стороны. Но для практической работы используют куда более громоздкие вычисления, так как в реальности материалы ведут себя не так, как смоделировано физиками и математиками.

Тепловое расширение рельса

Для прокладки железнодорожного полотна всегда привлекают инженеров-физиков, так как они могут точно вычислить, какое расстояние должно быть между стыками рельсов, чтобы при нагревании или охлаждении пути не деформировались.

Как уже было сказано выше, тепловое линейное расширение применимо для всех твердых тел. И рельс не стал исключением. Но есть одна деталь. Линейное изменение свободно происходит в том случае, если на тело не воздействует сила трения. Рельсы жестко прикреплены к шпалам и сварены с соседними рельсами, поэтому закон, который описывает изменение длинны, учитывает преодоление препятствий в виде погонных и стыковых сопротивлений.

Если рельс не может изменить свою длину, то с изменением температуры в нем нарастает тепловое напряжение, которое может как растянуть, так и сжать его. Этот феномен описывается законом Гука.

Все тела, за небольшим исключением, расширяются при нагревании, так как частички двигаются быстрее и "завоевывают" больше места. Различные тела при одинаковой температуре ведут себя по-разному. Например, при одинаковой температуре железо расширяется в четыре раза лучше, чем стекло. Это явление характеризуется коэффициентом расширения. Каждое твердое тело обладает собственным коэффициентом расширения.

Различное поведение веществ при нагревании используется, например, для биметаллов. Биметалл — это тело, полученное при сплаве двух разных металлов. Биметаллы используются для создания электрических выключателей и термометров, действие которых зависит от температуры.

Если мы нагреем полосу из биметалла, то, например, нижний металл расширится сильнее, чем верхний. Тогда полоса изогнется вверх.

Если мы охладим биметалл, то он примет первоначальную форму.

Частички газа, как было сказано выше, двигаются свободно и при нагревании быстро распространяются в пространстве. Возьмем закрытую колбу, наполненную воздухом, поместим ее в воду и начнем нагревать. Скоро мы увидим, как воздух внутри колбы начнет выталкивать пробку.

Так как все газы состоят из свободных частичек, то их поведение при нагревании будет похожим. Все газы при достаточной температуре расширяются очень сильно, гораздо сильнее, чем жидкости или твердые тела.

Воздушный шар

Прежде чем воздушный шар начнет подниматься в небо, необходимо нагреть внутри шара холодный воздух, плотность которого составляет 1.23 кг/м 3 .

Подогревая воздух при помощи газовой горелки, мы сообщим ему энергию и частички, из которых он состоит, начнут двигаться быстрее, занимая все больше места.

Часть воздуха покинет баллон, благодаря чему плотность подогретого воздуха уменьшится до 1.11 кг на один кубический метр.

Действие подогретого воздуха внутри шара и холодного и более плотного воздуха снаружи даст необходимый результат: шар начнет подниматься.

Чем больше разница температур внутри шара и снаружи, тем быстрее будет подниматься воздушный шар. Поэтому для любителей покататься на воздушном шаре зима будет идеальным временем года.

Жидкость

Равномерное расширение жидкости можно использовать в термометре. Тоненький столбик жидкости поднимается на равные отрезки при нагревании на каждый градус. В 1742 г. Андерс Цельсиус установил шкалу температур, названную в честь него: 0 градусов по Цельсию является температурой плавления льда, а 100 градусов — температурой кипения воды.

К сожалению, невозможно использовать воду в термометре, так как тогда не было бы возможности измерять температуру ниже нуля. Поэтому в термометре используется специальный спиртовой раствор.

Аномалия воды

Если при больших морозах лопаются трубы или разбиваются цветочные горшки, то это связано с особенностью воды, единственного вещества в природе, которое при замерзании расширяется, а при температуре от нуля до четырех градусов по Цельсию возвращается в исходное состояние. Этот феномен называется "аномалия воды".

При 4 0 C вода имеет большую плотность, чем лед, так как при замерзании вода расширяется. Поэтому, озеро начинает замерзать сверху, и лед с меньшей плотностью будет плавать на поверхности.

Слои незамерзшей воды благодаря высокой плотности опускаются на дно. Эта аномалия позволяет животному миру озера пережить холодное время года.

Читайте также: