Kui te elektrikaableid tähelepanelikult jälgite, märkate, et need on lõtvuse tõttu allapoole kõverdunud. Miks elektrikaableid tahtlikult lõdvendatakse, mitte lihtsalt pingutatakse? Enamik katuseid Florese ja Lembattas, Ida-Nusa Tenggaras, on valmistatud tsingist (Zn). Päeval või öösel teevad tsinkkatused müra. Miks tsink teeb müra? Kui elate Jaava saarel, olete võib-olla näinud raudteerööpaid. Rööbaste ühenduskohtades on lüngad. Mis on nende lünkade funktsioon rööbaste ühenduskohtades? Paisumise teemaga seoses on palju asju, millele võite mõelda ja küsida.
Pikkuse laienemine
Enamik tahkeid aineid paisub lineaarselt temperatuuri muutudes. See viitab pikkuse suurenemisele või vähenemisele. Tavaliselt suureneb objekti pikkus temperatuuri tõustes ja pikkus väheneb temperatuuri langedes. Võite arvata, et lineaarne paisumine toimub ainult selliste objektide nagu õhukesed traadid puhul. Näiteks kujutage ette tee äärde pargitud autot, mis on avatud päikesevalgusele. Kui auto üle kuumeneb, võib metallplaat muutuda paksemaks või selle külgede pikkus suureneda. Tsinkkatus võib samuti kogeda lineaarset paisumist. Sellisel juhul, kui tsink üle kuumeneb, laienevad tsingi servad ja tsink ise võib muutuda paksemaks. Sama juhtub raudteerööbaste ja raud- või terassildadega.
Enamik tahkeid aineid paisub või tõmbub kokku temperatuuri muutudes, seega peame mõistma, kuidas temperatuurimuutused mõjutavad tahkete ainete paisumist. See on väga kasulik seadmete, hoonete, sõidukite jms projekteerimisel. Näiteks raudteerööbaste vahed. Raudteerööpad on valmistatud terasest. Insenerid on arvutanud iga rööpa vahelise vahe laiuse. Kuumal päeval paisuvad rööpad mitu sentimeetrit. Kui rong neist üle sõidab, tõuseb ka rööbaste temperatuur, mistõttu rööpad paisuvad mitu sentimeetrit. Külmal ööl rööpad kahanevad mitu sentimeetrit. Analüüsi põhjal hindavad insenerid rööbaste vahede vahelist kaugust nii, et kui rööpa temperatuur tõuseb, ei puutuks rööpad üksteisega kokku ega painduks.
Temperatuurimuutuse ja lineaarpaisumise vahelise seose kirjeldava valemi tuletamiseks vaatleme paisuvat tahket eset, nagu on näidatud parempoolsel joonisel. Pealkiri: To = algtemperatuur, T = lõpptemperatuur, Lo = algpikkus, L = pikkus pärast paisumist, delta L = pikkuse muutus, delta T = temperatuuri muutus.
Kui objekti temperatuur on T o (objekt on veel külm), on objekti pikkus L o . Kui objekti temperatuur on T (objekti temperatuur tõuseb), on objekti pikkus L. Vaatluste ja katsete tulemuste põhjal on objekti pikkuse muutus võrdeline temperatuuri muutusega. Kui temperatuur tõuseb, suureneb objekti pikkus. Vastupidiselt, kui temperatuur langeb, väheneb objekti pikkus. Objekti pikkuse muutus on samuti võrdeline objekti algpikkusega (L o ). Kui temperatuurimuutuse suurusjärk on sama, suureneb näiteks 10 meetri pikkune objekt 2 korda võrreldes ainult 5 meetri pikkuse objektiga. Seega, mida pikem on objekt, seda suurem on selle paisumine.
Objekti pikkuse muutus (delta L) on proportsionaalne temperatuuri muutusega (delta T):
Objekti pikkuse muutus (delta L) on proportsionaalne objekti algpikkusega (Lo):
Iga objekti pikkuse muutus on erinev. Isegi kui see on suur temperatuuri muutused Samamoodi ei ole raua ja klaasi paisumine sama. Sama kehtib ka teiste objektide kohta. Seega sõltub lineaarpaisumine iga objekti lineaarpaisumistegurist. Iga objekti lineaarpaisumistegurit saadakse katseliselt. Mida suurem on lineaarpaisumisteguri väärtus, seda suurem on pikkuse suurenemine. Mida väiksem on lineaarpaisumisteguri väärtus, seda väiksem on pikkuse suurenemine. Võib öelda, et objekti pikkuse muutus on võrdeline lineaarpaisumisteguri väärtusega.
Ülaltoodud kolm võrdlust on väljendatud võrrandis:
Objekti kogupikkus pärast paisumist või kokkutõmbumist saab leida objekti algpikkuse (Lo) ja objekti pikkuse muutused (delta L).
Kui temperatuur muutub (TT)o) on negatiivne, siis pikkuse muutus (LL)o) on samuti negatiivne. Sel juhul objekti pikkus väheneb. Vastupidiselt, kui temperatuur muutub (TTo) on positiivne, siis pikkuse muutus (LLo) on samuti positiivne. Sel juhul objekti pikkus suureneb.
Järgnevalt on toodud tahkete ainete lineaarpaisumistegur temperatuuril 20 ° C. Vedelikud ja gaasid muudavad kuju, mis takistab neil lineaarpaisumist. Tahkete ainete lineaarpaisumistegur sõltub ka temperatuurist. Erinevatel temperatuuridel varieerub ka tahkete ainete lineaarpaisumistegur. Kui temperatuuride erinevus ei ole liiga suur, ei ole ka lineaarpaisumistegur liiga suur, seega võib seda ignoreerida.
Mahu laienemine
Pikkuspaisumist kogevad ainult tahked kehad, ruumalapaisumist aga kõik kehad, olgu need siis tahked, vedelad või gaasilised. Mahupaisumise võrrand on sarnane pikkuspaisumise võrrandiga.
Ülaltoodud mahupaisumise võrrand kehtib ainult siis, kui objekti (olgu see siis tahke, vedel või gaasiline) mahu muutus on väiksem kui objekti algmaht. Kui objekti mahu muutus on suurem kui objekti algmaht, ei anna mahupaisumise võrrand täpseid tulemusi. Tavaliselt ei ole tahkete objektide mahu muutus liiga suur. Seevastu vedelike ja gaaside mahukoefitsiendi väärtus on üsna suur. Gaaside mahukoefitsient muutub temperatuuri muutustega kergesti. Seetõttu kasutatakse ülaltoodud valemit ainult tahkete objektide paisumise jaoks. Gaasi mahu muutuse määramise valemit uuritakse 11. klassis gaaside kineetilise teooria teema raames.
