Esempi di domande e formule di espansione
1. Il liquido utilizzato per riempire un termometro è costituito da mercurio o alcol. Il principio su cui si basa la costruzione di questo termometro è quello della variazione di temperatura...
A. Tasso di espansione del mercurio in seguito a variazioni di temperatura
B. assorbimento di calore dovuto a variazioni della temperatura del mercurio
C. pressione come risultato di variazioni di temperatura nel mercurio
D. volume risultante da variazioni di temperatura del mercurio
Discussione
Il volume di un oggetto cambia al variare della sua temperatura. In generale, se la temperatura aumenta, il volume aumenta, e viceversa, se la temperatura diminuisce, il volume diminuisce. Questo vale anche per il mercurio e l'alcol.
La risposta corretta è D.
2. Osserva l'immagine di un bimetallo a una temperatura di 26 ° C qui sotto!
Quando il bimetallo viene riscaldato a 50oC, gli eventi accaduti sono stati i seguenti:
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Nodo |
Curve bimetalliche |
Poiché il coefficiente di espansione lineare del metallo (a) |
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1 |
Verso il metallo (a) |
Maggiore del coefficiente di dilatazione lineare del metallo (b) |
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2 |
Verso il metallo (b) |
Maggiore del coefficiente di dilatazione lineare del metallo (b) |
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3 |
Verso il metallo (a) |
Minore del coefficiente di dilatazione lineare del metallo (b) |
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4 |
Verso il metallo (b) |
Minore del coefficiente di dilatazione lineare del metallo (b) |
La direzione della flessione e la ragione corretta sono indicate da….
A. (1) e (2)
B. (1) e (4)
C. (2) e (3)
D. (3) e (4)
Discussione
Il bimetallo è una combinazione di due pezzi di metallo che hanno coefficienti di dilatazione lineare differenti, dove un pezzo di metallo ha un coefficiente di dilatazione lineare maggiore mentre l'altro pezzo di metallo ha un coefficiente di dilatazione lineare minore.
Se la temperatura del metallo aumenta, il metallo subisce un'espansione (la lunghezza del metallo aumenta); al contrario, se la temperatura del metallo diminuisce, il metallo subisce una contrazione (la lunghezza del metallo diminuisce). A parità di aumento di temperatura, i due pezzi di metallo si espandono con incrementi di lunghezza differenti. Il metallo con un coefficiente di dilatazione lineare maggiore subisce un aumento di lunghezza maggiore, mentre il metallo con un coefficiente di dilatazione lineare minore subisce un aumento di lunghezza minore. Analogamente, a parità di diminuzione di temperatura, i due pezzi di metallo si contraggono con riduzioni di lunghezza differenti. Il metallo con un coefficiente di dilatazione lineare maggiore subisce una contrazione di lunghezza maggiore, mentre il metallo con un coefficiente di dilatazione lineare minore subisce una contrazione di lunghezza minore.
Pertanto, quando la temperatura del bimetallo aumenta, la striscia metallica con il coefficiente di dilatazione lineare maggiore si piega verso la striscia metallica con il coefficiente minore. Perché accade questo? Perché questa condizione permette alla striscia metallica con il coefficiente di dilatazione lineare maggiore di allungarsi più della striscia metallica con il coefficiente di dilatazione lineare minore.
Al contrario, quando la temperatura del bimetallo diminuisce, la striscia metallica con il coefficiente di dilatazione lineare minore si piega verso la striscia metallica con il coefficiente di dilatazione lineare maggiore. Questa condizione fa sì che la striscia metallica con il coefficiente di dilatazione lineare maggiore diventi più corta della striscia metallica con il coefficiente di dilatazione lineare minore.
La risposta corretta è C.
3. Le due aste sono inizialmente lunghe 10 m ciascuna. Le due aste sono realizzate in acciaio e alluminio con coefficienti di dilatazione lineare rispettivamente di 11 x 10.-6 /oC e 24 x 10-6 /oC. Dopo che la temperatura aumenta di 40oC, le lunghezze delle barre di acciaio e di alluminio diventano rispettivamente...
A. 10,044 m e 10,096 m
B. 10,0044 m e 10,0096 m
C. 10,096 m e 10,044 m
D. 10,0096 m e 10,0044 m
Discussione
È noto che:
Lunghezza iniziale (L)obarra d'acciaio = 10 metri
Lunghezza iniziale (L)o) barra di alluminio = 10 metri
Il coefficiente di dilatazione lineare dell'acciaio (α) = 11 x 10-6 /oC
Il coefficiente di dilatazione lineare dell'alluminio (α) = 24 x 10-6 /oC
Variazione di temperatura (ΔT) = 40oC
Domanda: La lunghezza delle barre di acciaio e alluminio dopo l'aumento della temperatura
Risposta :
Formula di espansione della lunghezza:
L = Lo + ΔL
L = Lo + α Lo AT
La lunghezza della barra d'acciaio dopo l'aumento di temperatura:
L = Lo + α Lo AT
L = 10 + (11 x 10-6)(10)(40)
L = 10 + (11 x 10-6) (400)
L = 10 + (4400 x 10-6)
L = 10 + 0,0044
L = 10,0044 metri
La lunghezza della barra di alluminio dopo l'aumento di temperatura:
L = Lo + α Lo ∆T)
L = 10 + (24 x 10-6)(10)(40)
L = 10 + (24 x 10-6) (400)
L = 10 + (9600 x 10-6)
L = 10 + 0,0096
L = 10,0096 metri
La risposta corretta è B.
4. Una barra metallica con coefficiente di dilatazione lineare α ha una lunghezza l a una temperatura di 25oC. Se riscaldato a 30oC, subisce un aumento di lunghezza Δl. Se il metallo viene tagliato a 1/3 della sua lunghezza originale, la lunghezza aumenta quando riscaldato a una temperatura di 35oC è…
A. 2/3 Δl
B. 3/2 Δl
C. 5/3 Δl
D. 5/2 Δl
Discussione
È noto che:
Se
Coefficiente di dilatazione lineare del metallo (α) = α
La lunghezza iniziale del metallo (Lo) = l
Aumento di temperatura (ΔT) = 30oC - 25oC = 5oC
maka
Aumento di lunghezza (ΔL) = Δl
Domanda: Se lo = 1/3 l e ΔT = 35oC - 25oC = 10oC quindi l'aumento di lunghezza = ….. ?
Risposta :
Calcola il coefficiente di dilatazione lineare del metallo (α) utilizzando la formula per l'aumento di lunghezza del metallo:
Utilizza questo valore del coefficiente di dilatazione lineare per calcolare l'aumento di lunghezza del metallo quando la sua temperatura cambia da 25 ° C a 35 ° C.
La risposta corretta è A.
5. A una temperatura di 20oC, la lunghezza di una barra di alluminio è 200 cm. Se riscaldata a una temperatura di 100oC la lunghezza aumenta di 0,00384 m. Se a una temperatura di 20oC c'è una sfera fatta dello stesso materiale di alluminio, quindi affinché il volume della sfera aumenti dell'1% del volume della sfera originale, la sfera deve essere riscaldata a una temperatura...
A 139oC
B. 159oC
C. 208oC
D. 228oC
Discussione
È noto che:
Lunghezza iniziale della barra di alluminio (L)o) = 200 cm = 2 metri
Variazione di temperatura (ΔT) = 100oC - 20oC = 80oC
Incremento di lunghezza (Δl) = 0,00384 metri
Domanda: Affinché il volume della palla aumenti dell'1% rispetto al volume originale, la palla deve essere riscaldata a una temperatura di...
Risposta :
Calcola il coefficiente di lunghezza della barra di alluminio utilizzando la formula dell'incremento di lunghezza:
Coefficiente di espansione volumetrica dell'alluminio (β) = 3 x coefficiente di espansione longitudinale (α) = 3 (0,000024) = 0,000072
È noto che:
Volume originale della palla = V
Aumento di volume della sfera di alluminio (ΔV) = (1%)(V) = (1/100)(V) = V/100
Aumento di temperatura (ΔT) = T – 20
Domanda: La palla viene riscaldata a una temperatura (T) = ….. ?
Risposta :
La risposta corretta è B.
6. Una piastra metallica circolare presenta fori circolari concentrici al centro. Quando la piastra viene riscaldata...
A. Il diametro della piastra aumenta e il diametro del foro diminuisce.
B. Il diametro della piastra diminuisce e il diametro del foro aumenta.
C. il diametro della piastra aumenta e il diametro del foro aumenta
D. il diametro della piastra diminuisce e il diametro del foro diminuisce
Discussione
Formula per l'area di un cerchio (A):
A = π r2
Formula del diametro del cerchio (D):
D = 2 r
Se una piastra metallica viene riscaldata, l'area (A) della piastra metallica aumenta. Se l'area della piastra metallica aumenta, il diametro (D) o il raggio (r) della piastra metallica aumentano. Se il diametro (D) o il raggio (r) della piastra metallica aumenta, il diametro e il raggio del foro aumentano.
La risposta corretta è C.
7. Una montatura per occhiali è realizzata in plastica con un coefficiente di dilatazione lineare pari a 1,3 x 10-4 (oC)-1I fori per le lenti sono circolari con un raggio di 2,2 cm. Affinché i fori per le lenti possano ospitare lenti con un raggio di 2,21 cm, la montatura degli occhiali deve essere riscaldata fino a quando la temperatura non cambia di…
A 25oC
B. 35oC
C. 45oC
D. 55oC
Discussione
È noto che:
Coefficiente di dilatazione lineare della plastica (α) = 1,3 x 10-4 (oC-1)
Il raggio del foro della lente (r)1) = raggio iniziale del foro della lente = 2,2 cm
Il raggio del foro della lente dopo il riscaldamento (r)2) = 2,21 cm
Domanda: Variazione di temperatura della montatura degli occhiali
Risposta :
Affinché il foro della lente possa ospitare una lente con un raggio di 2,21 cm, dopo il riscaldamento il raggio della lente deve aumentare di 2,21 cm – 2,20 cm = 0,01 cm.
Il coefficiente di espansione dell'area della piastra metallica (β) = 2 x coefficiente di espansione lineare (α) = 2 x 1,3 x 10-4 oC-1 = 2,6 x 10-4 oC-1
Variazioni di temperatura:
La risposta corretta è B.
8. Nell'immagine seguente, è presente uno spazio tra due binari ferroviari in ferro. Questo spazio serve a...
A. La forza d'attrito al passaggio del treno diminuisce.
B. Le vibrazioni al passaggio del treno diminuiscono.
C. I binari ferroviari non si piegano quando il ferro si espande
D. I binari della ferrovia non si piegano quando un treno vi passa sopra.
Discussione
Le rotaie sono fatte di metallo, che si dilata facilmente al variare della temperatura. Nelle giornate calde, la temperatura delle rotaie aumenta, provocandone la dilatazione. Anche lo sfregamento delle rotaie contro le ruote del treno contribuisce all'aumento della temperatura, causando un'ulteriore dilatazione. Pertanto, lo spazio tra due rotaie serve a impedire che queste si pieghino a causa della dilatazione del metallo.
La risposta corretta è C.
9.
Un ferro da stiro elettrico è dotato di un termostato che interrompe automaticamente la corrente quando il ferro raggiunge una certa temperatura. L'aumento della temperatura provoca la flessione della striscia bimetallica, come mostrato nell'immagine. Ciò accade perché…
A. Il calore specifico del metallo (B) è maggiore del calore specifico del metallo (A)
B. Il calore specifico del metallo (B) è minore del calore specifico del metallo (A)
C. Il coefficiente di dilatazione lineare del metallo (B) è maggiore del coefficiente di dilatazione lineare (A)
D. Il coefficiente di dilatazione lineare del metallo (B) è minore del coefficiente di dilatazione lineare (A)
Discussione
Un bimetallo è costituito da un metallo A e un metallo B che presentano coefficienti di dilatazione lineare differenti. Come si può osservare nell'immagine, all'aumentare della temperatura, il metallo A sembra piegarsi verso il metallo B. Pertanto, si può concludere che, a parità di aumento di temperatura, il metallo A subisce una maggiore dilatazione lineare, mentre il metallo B ne subisce una minore. L'aumento di lunghezza del metallo A è maggiore di quello del metallo B; di conseguenza, il metallo A ha un coefficiente di dilatazione lineare maggiore rispetto al metallo B.
La risposta corretta è D.
Fonte della domanda:
Domande di fisica per la scuola media (OSN)
