Jika anda memerhatikan kabel elektrik dengan teliti, anda akan mendapati ia melengkung ke bawah kerana kendur. Mengapakah kabel elektrik sengaja dilonggarkan, dan bukannya ditegangkan? Kebanyakan bumbung di Flores dan Lembata, Nusa Tenggara Timur, diperbuat daripada zink (Zn). Pada siang hari atau pada waktu malam, bumbung zink mengeluarkan bunyi bising. Mengapakah zink mengeluarkan bunyi bising? Jika anda tinggal di pulau Jawa, anda mungkin pernah memerhatikan landasan kereta api. Terdapat jurang pada sambungan rel. Apakah fungsi jurang pada sambungan rel ini? Terdapat banyak perkara yang boleh anda fikirkan dan tanyakan berkaitan dengan topik pengembangan.
Pengembangan panjang
Kebanyakan pepejal mengalami pengembangan linear apabila suhunya berubah. Ini merujuk kepada peningkatan atau penurunan panjang. Biasanya, panjang objek meningkat apabila suhunya meningkat, manakala panjangnya berkurangan apabila suhunya menurun. Anda mungkin berfikir bahawa pengembangan linear hanya berlaku pada objek seperti wayar nipis. Contohnya, pertimbangkan sebuah kereta yang diletakkan di tepi jalan yang terdedah kepada cahaya matahari. Apabila kereta terlalu panas, plat logam boleh menjadi lebih tebal atau panjang sisinya boleh meningkat. Bumbung zink juga boleh mengalami pengembangan linear. Dalam kes ini, apabila zink terlalu panas, tepi zink mengembang dan zink juga boleh menjadi lebih tebal. Perkara yang sama berlaku pada landasan kereta api dan jambatan besi atau keluli.
Kebanyakan pepejal mengembang atau mengecut apabila suhunya berubah, jadi kita perlu memahami bagaimana perubahan suhu mempengaruhi pengembangan pepejal. Ini sangat membantu semasa mereka bentuk peralatan, bangunan, kenderaan, dan sebagainya. Contohnya, jurang di landasan kereta api. Landasan kereta api diperbuat daripada keluli. Jurutera telah mengira lebar jurang antara setiap rel. Pada hari yang panas, rel akan mengembang sebanyak beberapa sentimeter. Apabila kereta api melaluinya, suhu rel juga meningkat, menyebabkan rel mengembang sebanyak berapa sentimeter. Pada malam yang sejuk, rel mengecut sebanyak berapa sentimeter. Berdasarkan analisis, jurutera menganggarkan jarak antara jurang rel supaya apabila suhu rel meningkat, rel tidak bersentuhan antara satu sama lain dan menjadi bengkok.
Untuk membantu kita memperoleh formula yang menyatakan hubungan antara perubahan suhu dan jumlah pengembangan linear, pertimbangkan objek pepejal yang mengalami pengembangan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di sebelah kanan. Kapsyen: To = suhu awal, T = suhu akhir, Lo = panjang awal, L = panjang selepas pengembangan, delta L = perubahan panjang, delta T = perubahan suhu.
Apabila suhu objek = T ( objek masih sejuk), panjang objek = L o . Apabila suhu objek = T (suhu objek meningkat), panjang objek = L. Berdasarkan hasil pemerhatian dan eksperimen, perubahan panjang objek adalah berkadar terus dengan perubahan suhu. Jika suhu meningkat, panjang objek juga meningkat. Sebaliknya, apabila suhu menurun, panjang objek berkurangan. Perubahan panjang objek juga berkadar terus dengan panjang awal objek (L o ). Jika magnitud perubahan suhu adalah sama, objek yang panjangnya 10 meter, sebagai contoh, akan bertambah panjang sebanyak 2x berbanding objek yang hanya panjangnya 5 meter. Jadi, semakin panjang objek, semakin besar pengembangan objek.
Perubahan panjang objek (delta L) adalah berkadar terus dengan perubahan suhu (delta T):
Perubahan panjang objek (delta L) adalah berkadar terus dengan panjang awal objek (Lo):
Perubahan panjang setiap objek adalah berbeza. Walaupun ia besar perubahan suhu Begitu juga, pengembangan yang dialami oleh besi tidak sama dengan yang dialami oleh kaca. Perkara yang sama juga berlaku untuk objek lain. Oleh itu, pengembangan linear bergantung pada pekali pengembangan linear setiap objek. Pekali pengembangan linear bagi setiap objek diperoleh melalui eksperimen. Semakin besar pekali pengembangan linear, semakin besar pertambahan panjang. Semakin kecil pekali pengembangan linear, semakin kecil pertambahan panjang. Boleh dikatakan bahawa perubahan panjang objek adalah berkadar terus dengan pekali pengembangan linear.
Tiga perbandingan di atas dinyatakan dalam persamaan:
Jumlah panjang sesuatu objek selepas mengalami pengembangan atau pengecutan boleh diperoleh dengan menambah panjang awal objek (Lo) dan perubahan dalam panjang objek (delta L).
Apabila suhu berubah (TT)o) adalah negatif, maka perubahan panjang (LL)o) juga negatif. Dalam kes ini, panjang objek berkurangan. Sebaliknya, jika suhu berubah (TTo) adalah positif, maka perubahan panjang (LLo) juga positif. Dalam kes ini, objek bertambah panjang.
Berikut ialah pekali pengembangan linear pepejal pada suhu 20 ° C. Cecair dan gas berubah bentuk, menghalangnya daripada mengalami pengembangan linear. Pekali pengembangan linear pepejal juga bergantung pada suhu. Pada suhu yang berbeza, pekali pengembangan linear pepejal juga berbeza-beza. Jika perbezaan suhu tidak terlalu besar, perbezaan dalam pekali pengembangan linear juga tidak akan terlalu besar, jadi ia boleh diabaikan.
Pengembangan volum
Pengembangan panjang hanya dialami oleh objek pepejal, pengembangan isipadu dialami oleh semua objek, sama ada pepejal, cecair atau gas. Persamaan untuk pengembangan isipadu adalah serupa dengan persamaan untuk pengembangan panjang.
Persamaan pengembangan isipadu di atas hanya sah apabila perubahan isipadu sesuatu objek (sama ada pepejal, cecair atau gas) adalah lebih kecil daripada isipadu awal objek tersebut. Jika perubahan isipadu sesuatu objek adalah lebih besar daripada isipadu awal objek, persamaan pengembangan isipadu tidak memberikan hasil yang tepat. Biasanya perubahan isipadu yang dialami oleh objek pepejal tidak terlalu besar. Sebaliknya, nilai pekali isipadu cecair dan gas agak besar. Pekali isipadu untuk gas juga mudah berubah dengan perubahan suhu. Oleh itu, formula di atas hanya digunakan untuk pengembangan objek pepejal. Formula untuk menentukan perubahan isipadu gas akan dipelajari dalam topik teori kinetik gas dalam gred 11.
