Ако погледнете внимателно електрически кабел, ще забележите, че е извит надолу поради хлабина. Защо електрическите кабели са умишлено разхлабени, а не просто затегнати? Повечето покриви във Флорес и Лембата, Източна Нуса Тенгара, са направени от цинк (Zn). През деня или през нощта цинковите покриви издават шум. Защо цинкът издава шум? Ако живеете на остров Ява, вероятно сте наблюдавали железопътни релси. Има пролуки в съединенията на релсите. Каква е функцията на тези пролуки в съединенията на релсите? Има много други неща, за които можете да помислите и да попитате, свързани с тази тема. разширяване.
Разширяване на дължината
Повечето твърди тела претърпяват линейно разширение, когато температурата им се промени. Това се отнася до увеличаване или намаляване на дължината. Обикновено дължината на обекта се увеличава с повишаване на температурата му, докато дължината му намалява с понижаване на температурата. Може би си мислите, че линейното разширение се случва само в обекти като тънки проводници. Например, помислете за кола, паркирана отстрани на пътя, изложена на слънчева светлина. Когато колата прегрее, металната плоча може да стане по-дебела или дължината на страните ѝ може да се увеличи. Цинковият покрив също може да претърпи линейно разширение. В този случай, когато цинкът се прегрее, краищата му се разширяват и цинкът също може да стане по-дебел. Същото се случва и с железопътните релси и железните или стоманените мостове.
Повечето твърди тела се разширяват или свиват, когато температурата им се промени, така че трябва да разберем как температурните промени влияят върху разширяването на твърдите тела. Това е много полезно при проектирането на оборудване, сгради, превозни средства и др. Например, пролуките в железопътните линии. Железопътните линии са изработени от стомана. Инженерите са изчислили ширината на пролуките между всяка релса. В горещ ден релсите ще се разширят с няколко сантиметра. Когато влак преминава по тях, температурата на релсите също се повишава, което води до разширяване на релсите с колко сантиметра. В студена нощ релсите се свиват с колко сантиметра. Въз основа на анализа инженерите оценяват разстоянието между пролуките между релсите, така че когато температурата на релсите се повиши, релсите да не се докосват една до друга и да се огънат.
За да изведем формулата, която определя връзката между промяната на температурата и степента на линейно разширение, нека разгледаме твърд обект, който се разширява, както е показано на фигурата вдясно. Надпис: To = начална температура, T = крайна температура, Lo = начална дължина, L = дължина след разширение, делта L = промяна в дължината, делта T = промяна в температурата.
Когато температурата на обекта = To (обектът е все още студен), дължината на обекта = LoКогато температурата на обекта = T (температурата на обекта се повишава), дължината на обекта = L. Въз основа на резултатите от наблюдения и експерименти, промяната в дължината на обекта е пропорционална на промяната в температурата. Ако температурата се повишава, дължината на обекта се увеличава. Обратно, когато температурата се понижава, дължината на обекта намалява. Промяната в дължината на обекта също е пропорционална на началната дължина на обекта (Lo). Ако величината на промяната в температурата е еднаква, например обект с дължина 10 метра ще се увеличи на дължина два пъти повече от обект с дължина само 5 метра. Така че, колкото по-дълъг е обектът, толкова по-голямо е разширението му.
Промяната в дължината на обект (делта L) е пропорционална на промяната в температурата (делта T):
Промяната в дължината на обекта (делта L) е пропорционална на началната дължина на обекта (Lo):
Промяната в дължината на всеки обект е различна. Въпреки че е голям температурни промени По подобен начин, разширението, което изпитва желязото, не е същото като това, което изпитва стъклото. Същото важи и за други обекти. Следователно, линейното разширение зависи от коефициента на линейно разширение на всеки обект. Коефициентът на линейно разширение за всеки обект се получава чрез експериментиране. Колкото по-голям е коефициентът на линейно разширение, толкова по-голямо е увеличението на дължината. Колкото по-малък е коефициентът на линейно разширение, толкова по-малко е увеличението на дължината. Може да се каже, че промяната в дължината на обекта е пропорционална на коефициента на линейно разширение.
Трите сравнения по-горе са изразени в уравнение:
Общата дължина на обект след разширяване или свиване може да се получи чрез сумиране на началната дължина на обекта (Lo) и промени в дължината на обекта (делта L).
Когато температурата се промени (TT)o) е отрицателно, тогава промяната в дължината (LL)o) също е отрицателно. В този случай дължината на обекта намалява. Обратно, ако температурата се промени (TTo) е положителна, тогава промяната в дължината (LLo) също е положителен. В този случай обектът се увеличава по дължина.
Следната стойност е на коефициента на линейно разширение на твърди тела при температура от 20... oC. Течностите и газовете променят формата си, което им пречи да претърпят линейно разширение. Коефициентът на линейно разширение на твърдите тела също зависи от температурата. При различни температури коефициентът на линейно разширение на твърдите тела също варира. Ако температурната разлика не е твърде голяма, разликата в коефициента на линейно разширение също няма да бъде твърде голяма, така че може да се пренебрегне.
Разширяване на обема
Разширението по дължина се наблюдава само при твърди тела, разширяването по обем се наблюдава при всички тела, независимо дали са твърди, течни или газообразни. Уравнението за разширение по обем е подобно на уравнението за разширение по дължина.
Горното уравнение за обемно разширение е валидно само когато промяната в обема на даден обект (независимо дали е твърдо тяло, течност или газ) е по-малка от началния обем на обекта. Ако промяната в обема на обекта е по-голяма от началния обем на обекта, уравнението за обемно разширение не дава точни резултати. Обикновено промяната в обема, изпитвана от твърдите обекти, не е твърде голяма. За разлика от това, стойността на обемния коефициент на течностите и газовете е доста голяма. Обемният коефициент за газовете също лесно се променя с промени в температурата. Следователно, горната формула се използва само за разширение на твърди обекти. Формулата за определяне на промяната в обема на газа ще бъде изучавана в темата за кинетичната теория на газовете в 11 клас.
