Ako pažljivo posmatrate električne kablove, primijetit ćete da su zakrivljeni prema dolje zbog labavosti. Zašto su električni kablovi namjerno olabavljeni, umjesto da se jednostavno zategnu? Većina krovova u Floresu i Lembati, Istočna Nusa Tenggara, napravljena je od cinka (Zn). Tokom dana ili noći, cinkovi krovovi proizvode buku. Zašto cink proizvodi buku? Ako živite na ostrvu Java, možda ste primijetili željezničke tračnice. Postoje praznine na spojevima šina. Koja je funkcija ovih praznina na spojevima šina? Postoji mnogo stvari o kojima možete razmišljati i pitati u vezi s temom širenja.
Proširenje dužine
Većina čvrstih tijela podliježe linearnom širenju kada im se temperatura promijeni. To se odnosi na povećanje ili smanjenje dužine. Tipično, dužina objekta se povećava kako mu temperatura raste, dok se njegova dužina smanjuje kako mu temperatura opada. Možda mislite da se linearno širenje događa samo kod objekata poput tankih žica. Na primjer, razmotrite automobil parkiran pored ceste izložen sunčevoj svjetlosti. Kada se automobil pregrije, metalna ploča može postati deblja ili se dužina njegovih stranica može povećati. Cinkov krov također može doživjeti linearno širenje. U ovom slučaju, kada se cink pregrije, rubovi cinka se šire i cink također može postati deblji. Ista stvar se događa sa željezničkim tračnicama i željeznim ili čeličnim mostovima.
Većina čvrstih tijela se širi ili skuplja kada im se temperatura promijeni, tako da moramo razumjeti kako promjene temperature utiču na širenje čvrstih tijela. Ovo je veoma korisno pri projektovanju opreme, zgrada, vozila itd. Na primjer, praznine u željezničkim tračnicama. Željezničke tračnice su napravljene od čelika. Inženjeri su izračunali širinu praznina između svake šine. Tokom vrućeg dana, šine će se proširiti za nekoliko centimetara. Kada voz pređe preko njih, temperatura šina se također povećava, što uzrokuje širenje šina za koliko centimetara. Tokom hladne noći, šine se skupljaju za koliko centimetara. Na osnovu analize, inženjeri procjenjuju udaljenost između praznina između šina tako da kada se temperatura šina poveća, šine se ne dodiruju i ne savijaju.
Da bismo lakše izveli formulu koja opisuje odnos između promjene temperature i količine linearnog širenja, razmotrimo čvrsti objekt koji se širi, kao što je prikazano na slici desno. Natpis: To = početna temperatura, T = konačna temperatura, Lo = početna dužina, L = dužina nakon širenja, delta L = promjena dužine, delta T = promjena temperature.
Kada je temperatura objekta = T o (objekt je još uvijek hladan), dužina objekta = L o . Kada je temperatura objekta = T (temperatura objekta se povećava), dužina objekta = L . Na osnovu rezultata posmatranja i eksperimenata, promjena dužine objekta je proporcionalna promjeni temperature. Ako se temperatura povećava, dužina objekta se povećava. Obrnuto, kada se temperatura smanjuje, dužina objekta se smanjuje. Promjena dužine objekta je također proporcionalna početnoj dužini objekta (L o ). Ako je veličina promjene temperature ista, objekat dužine 10 metara, na primjer, će se povećati u dužini za 2 puta u poređenju sa objektom dužine samo 5 metara. Dakle, što je objekat duži, to je širenje objekta veće.
Promjena dužine objekta (delta L) proporcionalna je promjeni temperature (delta T):
Promjena dužine objekta (delta L) proporcionalna je početnoj dužini objekta (Lo):
Promjena dužine svakog objekta je različita. Čak i ako je velik promjene temperature Slično tome, širenje koje doživljava željezo nije isto kao ono koje doživljava staklo. Isto važi i za druge objekte. Stoga, linearno širenje zavisi od koeficijenta linearnog širenja svakog objekta. Koeficijent linearnog širenja za svaki objekt dobija se eksperimentisanjem. Što je veći koeficijent linearnog širenja, to je veće povećanje dužine. Što je manji koeficijent linearnog širenja, to je manje povećanje dužine. Može se reći da je promjena dužine objekta proporcionalna koeficijentu linearnog širenja.
Tri gornja poređenja su izražena u jednačini:
Ukupna dužina objekta nakon širenja ili skupljanja može se dobiti sabiranjem početne dužine objekta (Lo) i promjene u dužini objekta (delta L).
Kada se temperatura promijeni (TT)o) je negativna, onda je promjena dužine (LL)o) je također negativna. U ovom slučaju, dužina objekta se smanjuje. Suprotno tome, ako se temperatura promijeni (TTo) je pozitivno, tada je promjena dužine (LLo) je također pozitivan. U ovom slučaju, objekat se povećava u dužini.
Slijedeći koeficijent linearnog širenja čvrstih tijela na temperaturi od 20 ° C. Tečnosti i gasovi mijenjaju oblik, što im sprečava linearno širenje. Koeficijent linearnog širenja čvrstih tijela također zavisi od temperature. Na različitim temperaturama, koeficijent linearnog širenja čvrstih tijela također varira. Ako temperaturna razlika nije prevelika, razlika u koeficijentu linearnog širenja također neće biti prevelika, pa se može zanemariti.
Proširenje volumena
Širenje dužine doživljavaju samo čvrsta tijela, širenje volumena doživljavaju sva tijela, bilo da su čvrsta, tekuća ili plinovita. Jednačina za širenje volumena slična je jednačini za širenje dužine.
Gornja jednačina širenja zapremine važi samo kada je promjena zapremine objekta (bilo da je čvrsto, tečno ili gasovito) manja od početne zapremine objekta. Ako je promjena zapremine objekta veća od početne zapremine objekta, jednačina širenja zapremine ne daje tačne rezultate. Obično promjena zapremine koju doživljavaju čvrsti objekti nije prevelika. Nasuprot tome, vrijednost koeficijenta zapremine tečnosti i gasova je prilično velika. Koeficijent zapremine za gasove se također lako mijenja s promjenama temperature. Stoga se gornja formula koristi samo za širenje čvrstih objekata. Formula za određivanje promjene zapremine gasa će se proučavati u okviru teme kinetičke teorije gasova u 11. razredu.
