Dacă observați cu atenție cablurile electrice, veți observa că acestea sunt curbate în jos din cauza jocului. De ce sunt cablurile electrice slăbite în mod deliberat, mai degrabă decât pur și simplu tensionate? Majoritatea acoperișurilor din Flores și Lembata, Nusa Tenggara de Est, sunt fabricate din zinc (Zn). În timpul zilei sau al nopții, acoperișurile din zinc fac zgomot. De ce face zincul zgomot? Dacă locuiți pe insula Java, este posibil să fi observat șine de cale ferată. Există goluri la îmbinările șinelor. Care este funcția acestor goluri la îmbinările șinelor? Există multe lucruri la care vă puteți gândi și despre care vă puteți întreba legate de subiectul dilatării.
Extinderea lungimii
Majoritatea solidelor suferă o expansiune liniară atunci când temperatura lor se modifică. Aceasta se referă la o creștere sau o descreștere a lungimii. De obicei, lungimea unui obiect crește odată cu creșterea temperaturii sale, în timp ce lungimea sa scade odată cu scăderea temperaturii. Ați putea crede că expansiunea liniară are loc doar la obiecte precum firele subțiri. De exemplu, luați în considerare o mașină parcată pe marginea drumului expusă la lumina soarelui. Când mașina se supraîncălzește, placa metalică poate deveni mai groasă sau lungimea laturilor sale poate crește. Un acoperiș din zinc poate experimenta, de asemenea, o expansiune liniară. În acest caz, când zincul este supraîncălzit, marginile zincului se extind și zincul poate deveni, de asemenea, mai gros. Același lucru se întâmplă și cu șinele de cale ferată și cu podurile din fier sau oțel.
Majoritatea solidelor se dilată sau se contractă atunci când temperatura lor se schimbă, așa că trebuie să înțelegem cum afectează schimbările de temperatură dilatarea solidelor. Acest lucru este foarte util atunci când se proiectează echipamente, clădiri, vehicule etc. De exemplu, golurile din șinele de cale ferată. Șinele de cale ferată sunt fabricate din oțel. Inginerii au calculat lățimea golurilor dintre fiecare șină. Într-o zi caniculară, șinele se vor dilata cu câțiva centimetri. Când un tren trece peste ele, temperatura șinelor crește și ea, determinând dilatarea șinelor cu câți centimetri. Într-o noapte rece, șinele se micșorează cu câți centimetri. Pe baza analizei, inginerii estimează distanța dintre golurile șinelor astfel încât, atunci când temperatura șinei crește, șinele să nu se atingă între ele și să nu se îndoiască.
Pentru a ne ajuta să deducem formula care indică relația dintre schimbarea temperaturii și cantitatea de expansiune liniară, să luăm în considerare un obiect solid care se dilată, așa cum se arată în figura din dreapta. Legendă: To = temperatura inițială, T = temperatura finală, Lo = lungimea inițială, L = lungimea după expansiune, delta L = modificarea lungimii, delta T = modificarea temperaturii.
Când temperatura obiectului = T o (obiectul este încă rece), lungimea obiectului = L o . Când temperatura obiectului = T (temperatura obiectului crește), lungimea obiectului = L. Pe baza rezultatelor observațiilor și experimentelor, modificarea lungimii obiectului este proporțională cu modificarea temperaturii. Dacă temperatura crește, lungimea obiectului crește. Invers, când temperatura scade, lungimea obiectului scade. Modificarea lungimii obiectului este, de asemenea, proporțională cu lungimea inițială a obiectului (L o ). Dacă magnitudinea modificării temperaturii este aceeași, un obiect lung de 10 metri, de exemplu, va crește în lungime de 2 ori comparativ cu un obiect lung de doar 5 metri. Deci, cu cât obiectul este mai lung, cu atât expansiunea obiectului este mai mare.
Modificarea lungimii unui obiect (delta L) este proporțională cu modificarea temperaturii (delta T):
Modificarea lungimii obiectului (delta L) este proporțională cu lungimea inițială a obiectului (Lo):
Schimbarea lungimii fiecărui obiect este diferită. Chiar dacă este mare schimbări de temperatură În mod similar, dilatarea experimentată de fier nu este aceeași cu cea experimentată de sticlă. Același lucru este valabil și pentru alte obiecte. Prin urmare, dilatarea liniară depinde de coeficientul de dilatare liniară al fiecărui obiect. Coeficientul de dilatare liniară pentru fiecare obiect se obține prin experimentare. Cu cât coeficientul de dilatare liniară este mai mare, cu atât creșterea în lungime este mai mare. Cu cât coeficientul de dilatare liniară este mai mic, cu atât creșterea în lungime este mai mică. Se poate spune că modificarea lungimii unui obiect este proporțională cu coeficientul de dilatare liniară.
Cele trei comparații de mai sus sunt exprimate într-o ecuație:
Lungimea totală a unui obiect după ce suferă dilatare sau contracție poate fi obținută prin adunarea lungimii inițiale a obiectului (Lo) și modificări ale lungimii obiectului (delta L).
Când temperatura se schimbă (TT)o) este negativă, atunci schimbarea lungimii (LL)o) este, de asemenea, negativ. În acest caz, lungimea obiectului scade. Invers, dacă temperatura se modifică (TTo) este pozitivă, atunci modificarea lungimii (LLo) este, de asemenea, pozitivă. În acest caz, obiectul crește în lungime.
În continuare este prezentat coeficientul de dilatare liniară al solidelor la o temperatură de 20 ° C. Lichidele și gazele își schimbă forma, împiedicându-le să experimenteze dilatare liniară. Coeficientul de dilatare liniară al solidelor depinde și de temperatură. La temperaturi diferite, coeficientul de dilatare liniară al solidelor variază, de asemenea. Dacă diferența de temperatură nu este prea mare, nici diferența dintre coeficientul de dilatare liniară nu va fi prea mare, deci poate fi ignorată.
Expansiunea volumului
Dilatarea în lungime este experimentată doar de obiectele solide, în timp ce expansiunea volumului este experimentată de toate obiectele, fie ele solide, lichide sau gazoase. Ecuația pentru expansiunea volumului este similară cu ecuația pentru expansiunea în lungime.
Ecuația de expansiune a volumului de mai sus este valabilă numai atunci când modificarea volumului unui obiect (fie el solid, lichid sau gazos) este mai mică decât volumul inițial al obiectului. Dacă modificarea volumului unui obiect este mai mare decât volumul inițial al obiectului, ecuația de expansiune a volumului nu oferă rezultate precise. De obicei, modificarea volumului suferită de obiectele solide nu este prea mare. În schimb, valoarea coeficientului de volum al lichidelor și gazelor este destul de mare. Coeficientul de volum pentru gaze se modifică, de asemenea, ușor odată cu schimbările de temperatură. Prin urmare, formula de mai sus este utilizată doar pentru expansiunea obiectelor solide. Formula pentru determinarea modificării volumului gazului va fi studiată în cadrul temei teoriei cinetice a gazelor, la clasa a XI-a.
