Atidžiai stebėdami elektros kabelius, pastebėsite, kad jie yra išlenkti žemyn dėl laisvumo. Kodėl elektros kabeliai yra sąmoningai atlaisvinami, o ne tiesiog įtempti? Dauguma stogų Flores ir Lembatoje, Rytų Nusa Tenggaroje, yra pagaminti iš cinko (Zn). Dieną ar naktį cinko stogai kelia triukšmą. Kodėl cinkas kelia triukšmą? Jei gyvenate Javos saloje, galbūt matėte geležinkelio bėgius. Bėgių jungtyse yra tarpų. Kokia šių tarpų bėgių jungtyse funkcija? Yra daug dalykų, apie kuriuos galite pagalvoti ir paklausti, susijusių su plėtimosi tema.
Ilgio plėtimasis
Dauguma kietųjų kūnų patiria linijinį plėtimąsi, kai keičiasi jų temperatūra. Tai reiškia ilgio padidėjimą arba sumažėjimą. Paprastai objekto ilgis didėja kylant jo temperatūrai, o ilgis mažėja mažėjant temperatūrai. Galite manyti, kad linijinis plėtimasis vyksta tik tokiuose objektuose kaip ploni laidai. Pavyzdžiui, įsivaizduokite automobilį, pastatytą pakelėje ir veikiamą saulės spindulių. Kai automobilis perkaista, metalinė plokštė gali pastorėti arba padidėti jos šonų ilgis. Cinko stogas taip pat gali patirti linijinį plėtimąsi. Šiuo atveju, kai cinkas perkaitinamas, jo kraštai plečiasi, o pats cinkas taip pat gali pastorėti. Tas pats nutinka ir geležinkelio bėgiams bei geležiniams ar plieniniams tiltams.
Dauguma kietųjų kūnų plečiasi arba traukiasi, kai keičiasi jų temperatūra, todėl turime suprasti, kaip temperatūros pokyčiai veikia kietųjų kūnų plėtimąsi. Tai labai naudinga projektuojant įrangą, pastatus, transporto priemones ir kt. Pavyzdžiui, geležinkelio bėgių tarpai. Geležinkelio bėgiai pagaminti iš plieno. Inžinieriai apskaičiavo tarpų tarp kiekvieno bėgio plotį. Karštą dieną bėgiai išsiplečia keliais centimetrais. Kai per juos pravažiuoja traukinys, bėgių temperatūra taip pat padidėja, todėl bėgiai išsiplečia kiek centimetrų. Šaltą naktį bėgiai susitraukia kiek centimetrų. Remdamiesi analize, inžinieriai įvertina atstumą tarp bėgių tarpų, kad padidėjus bėgių temperatūrai, bėgiai nesiliestų vienas su kitu ir nesulinktų.
Kad būtų lengviau išvesti formulę, kuri nurodo temperatūros pokyčio ir linijinio plėtimosi kiekio santykį, panagrinėkime kietą objektą, kuris plečiasi, kaip parodyta paveikslėlyje dešinėje. Antraštė: To = pradinė temperatūra, T = galutinė temperatūra, Lo = pradinis ilgis, L = ilgis po išsiplėtimo, delta L = ilgio pokytis, delta T = temperatūros pokytis.
Kai objekto temperatūra = T o (objektas vis dar šaltas), objekto ilgis = L o . Kai objekto temperatūra = T (objekto temperatūra kyla), objekto ilgis = L. Remiantis stebėjimų ir eksperimentų rezultatais, objekto ilgio pokytis yra proporcingas temperatūros pokyčiui. Jei temperatūra kyla, objekto ilgis didėja. Ir atvirkščiai, kai temperatūra mažėja, objekto ilgis mažėja. Objekto ilgio pokytis taip pat yra proporcingas pradiniam objekto ilgiui (L o ). Jei temperatūros pokyčio dydis yra toks pat, pavyzdžiui, 10 metrų ilgio objektas padidės 2 kartus, palyginti su tik 5 metrų ilgio objektu. Taigi, kuo ilgesnis objektas, tuo didesnis jo išsiplėtimas.
Objekto ilgio pokytis (delta L) yra proporcingas temperatūros pokyčiui (delta T):
Objekto ilgio pokytis (delta L) yra proporcingas pradiniam objekto ilgiui (Lo):
Kiekvieno objekto ilgio pokytis yra skirtingas. Net jei jis didelis temperatūros pokyčiai Panašiai ir geležies plėtimasis nėra toks pat kaip stiklo. Tas pats pasakytina ir apie kitus objektus. Todėl linijinis plėtimasis priklauso nuo kiekvieno objekto linijinio plėtimosi koeficiento. Kiekvieno objekto linijinio plėtimosi koeficientas gaunamas eksperimentiškai. Kuo didesnis linijinio plėtimosi koeficientas, tuo didesnis ilgio padidėjimas. Kuo mažesnis linijinio plėtimosi koeficientas, tuo mažesnis ilgio padidėjimas. Galima teigti, kad objekto ilgio pokytis yra proporcingas linijinio plėtimosi koeficientui.
Trys aukščiau pateikti palyginimai išreikšti lygtimi:
Bendrą objekto ilgį po išsiplėtimo arba susitraukimo galima gauti susumavus pradinį objekto ilgį (Lo) ir objekto ilgio pokyčius (delta L).
Kai temperatūra keičiasi (TT)o) yra neigiamas, tai ilgio pokytis (LL)o) taip pat yra neigiamas. Šiuo atveju objekto ilgis mažėja. Ir atvirkščiai, jei temperatūra pasikeičia (TTo) yra teigiamas, tada ilgio pokytis (LLo) taip pat yra teigiamas. Šiuo atveju objekto ilgis padidėja.
Toliau pateikiamas kietųjų kūnų linijinio plėtimosi koeficientas 20 ° C temperatūroje. Skysčiai ir dujos keičia formą, todėl nepatiria linijinio plėtimosi. Kietųjų kūnų linijinio plėtimosi koeficientas taip pat priklauso nuo temperatūros. Esant skirtingoms temperatūroms, kietųjų kūnų linijinio plėtimosi koeficientas taip pat kinta. Jei temperatūrų skirtumas nėra per didelis, linijinio plėtimosi koeficiento skirtumas taip pat nebus per didelis, todėl jį galima ignoruoti.
Tūrio plėtra
Ilgio plėtimąsi patiria tik kieti objektai, o tūrio plėtimąsi patiria visi objektai – kieti, skysti ar dujiniai. Tūrio plėtimosi lygtis yra panaši į ilgio plėtimosi lygtį.
Aukščiau pateikta tūrio plėtimosi lygtis galioja tik tada, kai objekto (kieto, skysto ar dujinio) tūrio pokytis yra mažesnis už pradinį objekto tūrį. Jei objekto tūrio pokytis yra didesnis už pradinį objekto tūrį, tūrio plėtimosi lygtis nesuteikia tikslių rezultatų. Paprastai kietų objektų tūrio pokytis nėra per didelis. Priešingai, skysčių ir dujų tūrio koeficiento vertė yra gana didelė. Dujų tūrio koeficientas taip pat lengvai kinta kintant temperatūrai. Todėl aukščiau pateikta formulė naudojama tik kietų objektų plėtimuisi. Dujų tūrio pokyčio nustatymo formulė bus nagrinėjama 11 klasės dujų kinetinės teorijos temoje.
