Калі ўважліва прыгледзецца да электрычнага кабеля, можна заўважыць, што ён выгнуты ўніз з-за правісання. Чаму электрычныя кабелі наўмысна аслабляюцца, а не проста зацягваюцца? Большасць дахаў у Флорэсе і Лембаце, Усходнія Нуса-Тенгара, зроблены з цынку (Zn). Днём ці ўначы цынкавыя дахі шумяць. Чаму цынк шуміць? Калі вы жывяце на востраве Ява, вы, напэўна, бачылі чыгуначныя пуці. У месцах стыкаў рэек ёсць шчыліны. Якая функцыя гэтых шчылін у стыках рэек? Ёсць шмат іншых рэчаў, пра якія вы можаце падумаць і спытаць, звязаных з гэтай тэмай. пашырэнне.
Пашырэнне даўжыні
Большасць цвёрдых цел падвяргаюцца лінейнаму пашырэнню пры змене тэмпературы. Гэта азначае павелічэнне або памяншэнне даўжыні. Як правіла, даўжыня аб'екта павялічваецца пры павышэнні яго тэмпературы, а яго даўжыня памяншаецца пры зніжэнні тэмпературы. Можна падумаць, што лінейнае пашырэнне адбываецца толькі ў такіх аб'ектах, як тонкія драты. Напрыклад, уявіце сабе аўтамабіль, прыпаркаваны на ўзбочыне дарогі, які знаходзіцца пад уздзеяннем сонечнага святла. Калі аўтамабіль пераграваецца, металічная пласціна можа стаць таўсцейшай або даўжыня яе бакоў можа павялічыцца. Цынкавы дах таксама можа адчуваць лінейнае пашырэнне. У гэтым выпадку, калі цынк пераграваецца, краю цынку пашыраюцца, і цынк таксама можа стаць таўсцейшым. Тое ж самае адбываецца з чыгуначнымі пуцямі і жалезнымі або сталёвымі мастамі.
Большасць цвёрдых цел пашыраецца або сціскаецца пры змене іх тэмпературы, таму нам трэба разумець, як змены тэмпературы ўплываюць на пашырэнне цвёрдых цел. Гэта вельмі карысна пры праектаванні абсталявання, будынкаў, транспартных сродкаў і г.д. Напрыклад, зазоры ў чыгуначных пуцях. Чыгуначныя пуці вырабляюцца са сталі. Інжынеры разлічылі шырыню зазораў паміж кожнай рэйкай. У спякотны дзень рэйкі пашыраюцца на некалькі сантыметраў. Калі па іх праязджае цягнік, тэмпература рэек таксама павялічваецца, што прыводзіць да іх пашырэння на колькі сантыметраў. У халодную ноч рэйкі сціскаюцца на колькі сантыметраў. На падставе аналізу інжынеры ацэньваюць адлегласць паміж зазорамі паміж рэйкамі, каб пры павышэнні тэмпературы рэек рэйкі не дакраналіся адна да адной і не згіналіся.
Каб дапамагчы нам вывесці формулу, якая вызначае сувязь паміж змяненнем тэмпературы і велічынёй лінейнага пашырэння, разгледзім цвёрдае цела, якое пашыраецца, як паказана на малюнку справа. Подпіс: To = пачатковая тэмпература, T = канчатковая тэмпература, Lo = пачатковая даўжыня, L = даўжыня пасля пашырэння, дэльта L = змена даўжыні, дэльта T = змена тэмпературы.
Калі тэмпература аб'екта = To (аб'ект усё яшчэ халодны), даўжыня аб'екта = LoКалі тэмпература аб'екта = T (тэмпература аб'екта павялічваецца), даўжыня аб'екта = L. Зыходзячы з вынікаў назіранняў і эксперыментаў, змена даўжыні аб'екта прапарцыйна змене тэмпературы. Калі тэмпература павялічваецца, даўжыня аб'екта павялічваецца. І наадварот, калі тэмпература паніжаецца, даўжыня аб'екта памяншаецца. Змена даўжыні аб'екта таксама прапарцыйна пачатковай даўжыні аб'екта (Lo). Калі велічыня змены тэмпературы аднолькавая, то аб'ект даўжынёй, напрыклад, 10 метраў, павялічыцца ў даўжыню ўдвая больш, чым аб'ект даўжынёй усяго 5 метраў. Такім чынам, чым даўжэйшы аб'ект, тым большае яго пашырэнне.
Змена даўжыні аб'екта (дэльта L) прапарцыйная змене тэмпературы (дэльта T):
Змена даўжыні аб'екта (дэльта L) прапарцыйная пачатковай даўжыні аб'екта (Lo):
Змена даўжыні кожнага аб'екта розная. Нягледзячы на тое, што ён вялікі змены тэмпературы Падобным чынам, пашырэнне, якое адчувае жалеза, не такое ж, як пашырэнне, якое адчувае шкло. Тое ж самае дакладна і для іншых аб'ектаў. Такім чынам, лінейнае пашырэнне залежыць ад каэфіцыента лінейнага пашырэння кожнага аб'екта. Каэфіцыент лінейнага пашырэння для кожнага аб'екта атрымліваецца эксперыментальна. Чым большы каэфіцыент лінейнага пашырэння, тым большае павелічэнне даўжыні. Чым меншы каэфіцыент лінейнага пашырэння, тым меншае павелічэнне даўжыні. Можна сказаць, што змена даўжыні аб'екта прапарцыйная каэфіцыенту лінейнага пашырэння.
Тры вышэйзгаданыя параўнанні выражаны ў раўнанні:
Агульную даўжыню аб'екта пасля пашырэння або сціскання можна атрымаць, склаўшы пачатковую даўжыню аб'екта (Lo) і змены даўжыні аб'екта (дэльта L).
Пры змене тэмпературы (TT)o) адмоўная, то змена даўжыні (LL)o) таксама адмоўная. У гэтым выпадку даўжыня аб'екта памяншаецца. І наадварот, калі тэмпература змяняецца (TTo) дадатная, то змена даўжыні (LLo) таксама дадатны. У гэтым выпадку аб'ект павялічваецца ў даўжыню.
Ніжэй прыведзена значэнне каэфіцыента лінейнага пашырэння цвёрдых цел пры тэмпературы 20 oC. Вадкасці і газы змяняюць форму, што перашкаджае ім лінейнаму пашырэнню. Каэфіцыент лінейнага пашырэння цвёрдых цел таксама залежыць ад тэмпературы. Пры розных тэмпературах каэфіцыент лінейнага пашырэння цвёрдых цел таксама змяняецца. Калі розніца тэмператур не занадта вялікая, розніца ў каэфіцыенце лінейнага пашырэння таксама не будзе занадта вялікай, таму ёю можна занядбаць.
Пашырэнне аб'ёму
Пашырэнне ў даўжыню адчуваюць толькі цвёрдыя целы, пашырэнне ў аб'ёме адчуваюць усе целы, няхай гэта будзе цвёрдае, вадкае або газападобнае. Ураўненне пашырэння ў аб'ёме падобнае да ўраўнення пашырэння ў даўжыню.
Прыведзенае вышэй ураўненне пашырэння аб'ёму справядлівае толькі тады, калі змена аб'ёму аб'екта (цвёрдага цела, вадкасці або газу) меншая за пачатковы аб'ём аб'екта. Калі змена аб'ёму аб'екта большая за пачатковы аб'ём аб'екта, ураўненне пашырэння аб'ёму не дае дакладных вынікаў. Звычайна змена аб'ёму, якую адчуваюць цвёрдыя аб'екты, не занадта вялікая. У адрозненне ад гэтага, значэнне каэфіцыента аб'ёму вадкасцей і газаў даволі вялікае. Каэфіцыент аб'ёму для газаў таксама лёгка змяняецца са зменай тэмпературы. Таму прыведзеная вышэй формула выкарыстоўваецца толькі для пашырэння цвёрдых аб'ектаў. Формула для вызначэння змены аб'ёму газу будзе вывучацца ў тэме кінетычнай тэорыі газаў у 11 класе.
