Os byddwch chi'n arsylwi ceblau trydanol yn agos, fe sylwch chi eu bod nhw wedi crwm i lawr oherwydd llacrwydd. Pam mae ceblau trydanol yn cael eu llacio'n fwriadol, yn hytrach na'u tensiwn yn unig? Mae'r rhan fwyaf o doeau yn Flores a Lembata, Dwyrain Nusa Tenggara, wedi'u gwneud o sinc (Zn). Yn ystod y dydd neu'r nos, mae toeau sinc yn gwneud sŵn. Pam mae sinc yn gwneud sŵn? Os ydych chi'n byw ar ynys Java, efallai eich bod chi wedi sylwi ar draciau rheilffordd. Mae bylchau wrth y cymalau rheilffordd. Beth yw swyddogaeth y bylchau hyn wrth y cymalau rheilffordd? Mae yna lawer o bethau y gallwch chi feddwl amdanyn nhw a gofyn amdanyn nhw sy'n gysylltiedig â phwnc ehangu.
Ehangu hyd
Mae'r rhan fwyaf o solidau'n ehangu'n llinol pan fydd eu tymheredd yn newid. Mae hyn yn cyfeirio at gynnydd neu ostyngiad mewn hyd. Yn nodweddiadol, mae hyd gwrthrych yn cynyddu wrth i'w dymheredd gynyddu, tra bod ei hyd yn lleihau wrth i'w dymheredd ostwng. Efallai y byddwch chi'n meddwl mai dim ond mewn gwrthrychau fel gwifrau tenau y mae ehangu llinol yn digwydd. Er enghraifft, ystyriwch gar wedi'i barcio ar ochr y ffordd sy'n agored i olau'r haul. Pan fydd y car yn gorboethi, gall y plât metel ddod yn fwy trwchus neu gall hyd ei ochrau gynyddu. Gall to sinc hefyd brofi ehangu llinol. Yn yr achos hwn, pan fydd y sinc wedi'i orboethi, mae ymylon y sinc yn ehangu a gall y sinc hefyd ddod yn fwy trwchus. Mae'r un peth yn digwydd i draciau rheilffordd a phontydd haearn neu ddur.
Mae'r rhan fwyaf o solidau'n ehangu neu'n crebachu pan fydd eu tymheredd yn newid, felly mae angen i ni ddeall sut mae newidiadau tymheredd yn effeithio ar ehangu solidau. Mae hyn yn ddefnyddiol iawn wrth ddylunio offer, adeiladau, cerbydau, ac ati. Er enghraifft, y bylchau mewn traciau rheilffordd. Mae traciau rheilffordd wedi'u gwneud o ddur. Mae peirianwyr wedi cyfrifo lled y bylchau rhwng pob rheilen. Ar ddiwrnod poeth, bydd y rheiliau'n ehangu sawl centimetr. Pan fydd trên yn mynd drostynt, mae tymheredd y rheiliau hefyd yn cynyddu, gan achosi i'r rheiliau ehangu sawl centimetr. Ar noson oer, mae'r rheiliau'n crebachu sawl centimetr. Yn seiliedig ar y dadansoddiad, mae peirianwyr yn amcangyfrif y pellter rhwng y bylchau yn y rheiliau fel pan fydd tymheredd y rheilffordd yn cynyddu, nad yw'r rheiliau'n cyffwrdd â'i gilydd ac yn plygu.
I'n helpu i ddeillio'r fformiwla sy'n nodi'r berthynas rhwng newid tymheredd a faint o ehangu llinol, ystyriwch wrthrych solet sy'n ehangu, fel y dangosir yn y ffigur i'r dde. Capsiwn: To = tymheredd cychwynnol, T = tymheredd terfynol, Lo = hyd cychwynnol, L = hyd ar ôl ehangu, delta L = newid mewn hyd, delta T = newid mewn tymheredd.
Pan fydd tymheredd y gwrthrych = To (mae'r gwrthrych yn dal yn oer), hyd y gwrthrych = LoPan fydd tymheredd y gwrthrych = T (mae tymheredd y gwrthrych yn cynyddu), mae hyd y gwrthrych = L. Yn seiliedig ar ganlyniadau arsylwadau ac arbrofion, mae'r newid yn hyd y gwrthrych yn gymesur â'r newid yn y tymheredd. Os yw'r tymheredd yn cynyddu, mae hyd y gwrthrych yn cynyddu. I'r gwrthwyneb, pan fydd y tymheredd yn gostwng, mae hyd y gwrthrych yn lleihau. Mae'r newid yn hyd y gwrthrych hefyd yn gymesur â hyd cychwynnol y gwrthrych (LoOs yw maint y newid tymheredd yr un fath, bydd gwrthrych sydd 10 metr o hyd, er enghraifft, yn cynyddu o ran hyd ddwywaith cymaint â gwrthrych sydd ond yn 5 metr o hyd. Felly po hiraf yw'r gwrthrych, y mwyaf yw ehangu'r gwrthrych.
Mae'r newid yn hyd gwrthrych (delta L) yn gymesur â'r newid yn y tymheredd (delta T):
Mae'r newid yn hyd y gwrthrych (delta L) yn gymesur â hyd cychwynnol y gwrthrych (Lo):
Mae'r newid yn hyd pob gwrthrych yn wahanol. Er ei fod yn fawr newidiadau tymheredd Yn yr un modd, nid yw'r ehangu a brofir gan haearn yr un fath â'r hyn a brofir gan wydr. Mae'r un peth yn wir am wrthrychau eraill. Felly, mae'r ehangu llinol yn dibynnu ar gyfernod ehangu llinol pob gwrthrych. Ceir cyfernod ehangu llinol pob gwrthrych trwy arbrofi. Po fwyaf yw'r cyfernod ehangu llinol, y mwyaf yw'r cynnydd mewn hyd. Po leiaf yw'r cyfernod ehangu llinol, y lleiaf yw'r cynnydd mewn hyd. Gellir dweud bod y newid yn hyd gwrthrych yn gymesur â chyfernod ehangu llinol.
Mynegir y tri chymhariaeth uchod mewn hafaliad:
Gellir cael cyfanswm hyd gwrthrych ar ôl profi ehangu neu grebachu trwy adio hyd cychwynnol y gwrthrych (Lo) a newidiadau yn hyd y gwrthrych (delta L).
Pan fydd y tymheredd yn newid (TT)o) yn negatif, yna'r newid mewn hyd (LL)o) hefyd yn negatif. Yn yr achos hwn, mae hyd y gwrthrych yn lleihau. I'r gwrthwyneb, os yw'r tymheredd yn newid (TTo) yn bositif, yna'r newid mewn hyd (LLo) hefyd yn bositif. Yn yr achos hwn mae'r gwrthrych yn cynyddu o ran hyd.
Dyma werth cyfernod ehangu llinol gwrthrychau solet, ar dymheredd o 20 oC. Mae hylifau a nwyon yn newid siâp, gan eu hatal rhag profi ehangu llinol. Mae cyfernod ehangu llinol solidau hefyd yn dibynnu ar dymheredd. Ar dymheredd gwahanol, mae cyfernod ehangu llinol solidau hefyd yn amrywio. Os nad yw'r gwahaniaeth tymheredd yn rhy fawr, ni fydd y gwahaniaeth yn y cyfernod ehangu llinol yn rhy fawr chwaith, felly gellir ei anwybyddu.
Ehangu cyfaint
Dim ond gwrthrychau solet sy'n profi ehangu hyd, mae pob gwrthrych yn profi ehangu cyfaint, boed yn solid, hylif neu nwy. Mae'r hafaliad ar gyfer ehangu cyfaint yn debyg i'r hafaliad ar gyfer ehangu hyd.
Dim ond pan fydd y newid yng nghyfaint gwrthrych (boed yn solid, hylif, neu nwy) yn llai na chyfaint cychwynnol y gwrthrych y mae'r hafaliad ehangu cyfaint uchod yn ddilys. Os yw'r newid yng nghyfaint gwrthrych yn fwy na chyfaint cychwynnol y gwrthrych, nid yw'r hafaliad ehangu cyfaint yn darparu canlyniadau cywir. Fel arfer nid yw'r newid cyfaint a brofir gan wrthrychau solid yn rhy fawr. Mewn cyferbyniad, mae gwerth cyfernod cyfaint hylifau a nwyon yn eithaf mawr. Mae cyfernod cyfaint nwyon hefyd yn newid yn hawdd gyda newidiadau mewn tymheredd. Felly, dim ond ar gyfer ehangu gwrthrychau solid y defnyddir y fformiwla uchod. Bydd y fformiwla ar gyfer pennu'r newid yng nghyfaint nwy yn cael ei hastudio ym mhwnc damcaniaeth cinetig nwyon yng ngradd 11.
