Ja uzmanīgi vērosiet elektriskos kabeļus, pamanīsiet, ka tie ir izliekti uz leju vaļīguma dēļ. Kāpēc elektriskie kabeļi tiek apzināti atbrīvoti, nevis vienkārši nospriegoti? Lielākā daļa jumtu Floresā un Lembatā, Austrumu Nusa Tenggarā, ir izgatavoti no cinka (Zn). Dienā vai naktī cinka jumti rada troksni. Kāpēc cinks rada troksni? Ja dzīvojat Javas salā, iespējams, esat novērojuši dzelzceļa sliedes. Sliežu savienojumos ir spraugas. Kāda ir šo spraugu funkcija sliežu savienojumos? Ir daudz lietu, par kurām varat padomāt un uzdot jautājumus saistībā ar izplešanās tēmu.
Garuma izplešanās
Lielākā daļa cietvielu piedzīvo lineāru izplešanos, mainoties to temperatūrai. Tas attiecas uz garuma palielināšanos vai samazināšanos. Parasti objekta garums palielinās, palielinoties tā temperatūrai, savukārt tā garums samazinās, samazinoties temperatūrai. Varētu domāt, ka lineāra izplešanās notiek tikai tādiem objektiem kā plāni vadi. Piemēram, iedomājieties automašīnu, kas novietota ceļa malā un ir pakļauta saules gaismai. Kad automašīna pārkarst, metāla plāksne var kļūt biezāka vai tās malu garums var palielināties. Arī cinka jumts var piedzīvot lineāru izplešanos. Šajā gadījumā, kad cinks tiek pārkarsts, cinka malas izplešas un arī cinks var kļūt biezāks. Tas pats notiek ar dzelzceļa sliedēm un dzelzs vai tērauda tiltiem.
Lielākā daļa cietvielu izplešas vai saraujas, mainoties to temperatūrai, tāpēc mums ir jāsaprot, kā temperatūras izmaiņas ietekmē cietvielu izplešanos. Tas ir ļoti noderīgi, projektējot iekārtas, ēkas, transportlīdzekļus utt. Piemēram, spraugas dzelzceļa sliedēs. Dzelzceļa sliedes ir izgatavotas no tērauda. Inženieri ir aprēķinājuši spraugu platumu starp katru sliedi. Karstā dienā sliedes izplešas par vairākiem centimetriem. Kad vilciens brauc pāri tām, palielinās arī sliežu temperatūra, kā rezultātā sliedes izplešas par cik centimetriem. Aukstā naktī sliedes saraujas par cik centimetriem. Pamatojoties uz analīzi, inženieri aprēķina attālumu starp sliežu spraugām, lai, palielinoties sliežu temperatūrai, sliedes nesaskartos viena ar otru un netiktu saliektas.
Lai palīdzētu mums iegūt formulu, kas parāda sakarību starp temperatūras izmaiņām un lineārās izplešanās daudzumu, aplūkosim cietu objektu, kas izplešas, kā parādīts attēlā labajā pusē. Paraksts: To = sākotnējā temperatūra, T = galīgā temperatūra, Lo = sākotnējais garums, L = garums pēc izplešanās, delta L = garuma izmaiņas, delta T = temperatūras izmaiņas.
Kad objekta temperatūra ir = T o (objekts joprojām ir auksts), objekta garums ir = L o . Kad objekta temperatūra ir = T (objekta temperatūra paaugstinās), objekta garums ir = L. Pamatojoties uz novērojumu un eksperimentu rezultātiem, objekta garuma izmaiņas ir proporcionālas temperatūras izmaiņām. Ja temperatūra paaugstinās, objekta garums palielinās. Un otrādi, kad temperatūra pazeminās, objekta garums samazinās. Objekta garuma izmaiņas ir arī proporcionālas objekta sākotnējam garumam (L o ). Ja temperatūras izmaiņu lielums ir vienāds, piemēram, 10 metrus garš objekts palielināsies 2 reizes garumā salīdzinājumā ar tikai 5 metrus garu objektu. Tātad, jo garāks objekts, jo lielāka ir tā izplešanās.
Objekta garuma izmaiņas (delta L) ir proporcionālas temperatūras izmaiņām (delta T):
Objekta garuma izmaiņas (delta L) ir proporcionālas objekta sākotnējam garumam (Lo):
Katra objekta garuma izmaiņas ir atšķirīgas. Pat ja tas ir liels temperatūras izmaiņas Līdzīgi, dzelzs izplešanās nav tāda pati kā stikla. Tas pats attiecas uz citiem objektiem. Tāpēc lineārā izplešanās ir atkarīga no katra objekta lineārās izplešanās koeficienta. Katra objekta lineārās izplešanās koeficients tiek iegūts eksperimentāli. Jo lielāks ir lineārās izplešanās koeficients, jo lielāks ir garuma pieaugums. Jo mazāks ir lineārās izplešanās koeficients, jo mazāks ir garuma pieaugums. Var teikt, ka objekta garuma izmaiņas ir proporcionālas lineārās izplešanās koeficientam.
Trīs iepriekš minētie salīdzinājumi ir izteikti vienādojumā:
Objekta kopējo garumu pēc izplešanās vai saraušanās var iegūt, saskaitot objekta sākotnējo garumu (Lo) un objekta garuma izmaiņas (delta L).
Kad mainās temperatūra (TT)o) ir negatīva, tad garuma izmaiņas (LL)o) arī ir negatīvs. Šajā gadījumā objekta garums samazinās. Un otrādi, ja mainās temperatūra (TTo) ir pozitīva, tad garuma izmaiņas (LLo) arī ir pozitīvs. Šajā gadījumā objekta garums palielinās.
Tālāk ir parādīts cietvielu lineārās izplešanās koeficients 20 ° C temperatūrā. Šķidrumi un gāzes maina formu, neļaujot tiem piedzīvot lineāru izplešanos. Cietvielu lineārās izplešanās koeficients ir atkarīgs arī no temperatūras. Dažādās temperatūrās cietvielu lineārās izplešanās koeficients arī mainās. Ja temperatūras starpība nav pārāk liela, arī lineārās izplešanās koeficienta starpība nebūs pārāk liela, tāpēc to var ignorēt.
Tilpuma paplašināšana
Garuma izplešanos piedzīvo tikai cieti objekti, tilpuma izplešanos piedzīvo visi objekti neatkarīgi no tā, vai tie ir cieti, šķidri vai gāzveida. Tilpuma izplešanās vienādojums ir līdzīgs garuma izplešanās vienādojumam.
Iepriekš minētais tilpuma izplešanās vienādojums ir derīgs tikai tad, ja objekta (cietas vielas, šķidruma vai gāzes) tilpuma izmaiņas ir mazākas par objekta sākotnējo tilpumu. Ja objekta tilpuma izmaiņas ir lielākas par objekta sākotnējo tilpumu, tilpuma izplešanās vienādojums nesniedz precīzus rezultātus. Parasti cietu objektu tilpuma izmaiņas nav pārāk lielas. Turpretī šķidrumu un gāzu tilpuma koeficienta vērtība ir diezgan liela. Gāzu tilpuma koeficients arī viegli mainās, mainoties temperatūrai. Tāpēc iepriekš minētā formula tiek izmantota tikai cietu objektu izplešanās noteikšanai. Gāzes tilpuma izmaiņu noteikšanas formula tiks pētīta 11. klases gāzu kinētiskās teorijas tēmā.
