Če električne kable opazujete od blizu, boste opazili, da so zaradi ohlapnosti ukrivljeni navzdol. Zakaj so električni kabli namerno zrahljani in ne zgolj napeti? Večina streh v Floresu in Lembati v vzhodni Nusa Tenggari je izdelanih iz cinka (Zn). Podnevi ali ponoči cinkove strehe povzročajo hrup. Zakaj cink povzroča hrup? Če živite na otoku Java, ste morda opazili železniške tire. Na spojih tirnic so reže. Kakšna je funkcija teh rež na spojih tirnic? V zvezi s temo raztezanja lahko razmišljate in se o njih sprašujete veliko stvari.
Raztezanje dolžine
Večina trdnih snovi se linearno razteza, ko se njihova temperatura spremeni. To se nanaša na povečanje ali zmanjšanje dolžine. Običajno se dolžina predmeta povečuje z naraščanjem temperature, medtem ko se njegova dolžina zmanjšuje z zniževanjem temperature. Morda mislite, da se linearno raztezanje pojavlja le pri predmetih, kot so tanke žice. Na primer, vzemimo avtomobil, parkiran ob cesti, izpostavljen sončni svetlobi. Ko se avtomobil pregreje, se lahko kovinska plošča odebeli ali pa se dolžina njenih stranic poveča. Tudi cinkova streha se lahko linearno razteza. V tem primeru se ob pregrevanju cinka robovi cinka razširijo in tudi cink lahko postane debelejši. Enako se zgodi z železniškimi tiri in železnimi ali jeklenimi mostovi.
Večina trdnih snovi se razteza ali krči, ko se njihova temperatura spremeni, zato moramo razumeti, kako temperaturne spremembe vplivajo na raztezanje trdnih snovi. To je zelo koristno pri načrtovanju opreme, stavb, vozil itd. Na primer, reže v železniških tirih. Železniške tire so izdelane iz jekla. Inženirji so izračunali širino rež med posameznimi tirnicami. Na vroč dan se tirnice razširijo za nekaj centimetrov. Ko čeznje pelje vlak, se poveča tudi temperatura tirnic, zaradi česar se tirnice razširijo za koliko centimetrov. V hladni noči se tirnice skrčijo za koliko centimetrov. Na podlagi analize inženirji ocenijo razdaljo med režami tirnic, tako da se tirnice, ko se temperatura tirnic poveča, ne dotikajo druga druge in se ne upognejo.
Da bi lažje izpeljali formulo, ki opisuje razmerje med spremembo temperature in količino linearnega raztezanja, si predstavljajmo trdno telo, ki se razteza, kot je prikazano na sliki desno. Napis: To = začetna temperatura, T = končna temperatura, Lo = začetna dolžina, L = dolžina po raztezanju, delta L = sprememba dolžine, delta T = sprememba temperature.
Ko je temperatura predmeta = T o (predmet je še hladen), je dolžina predmeta = L o . Ko je temperatura predmeta = T (temperatura predmeta se poveča), je dolžina predmeta = L. Na podlagi rezultatov opazovanj in poskusov je sprememba dolžine predmeta sorazmerna s spremembo temperature. Če se temperatura poveča, se dolžina predmeta poveča. Nasprotno, ko se temperatura zmanjša, se dolžina predmeta zmanjša. Sprememba dolžine predmeta je prav tako sorazmerna z začetno dolžino predmeta (L o ). Če je velikost spremembe temperature enaka, se bo predmet, ki je na primer dolg 10 metrov, povečal v dolžino za 2-krat v primerjavi s predmetom, ki je dolg le 5 metrov. Torej, daljši kot je predmet, večja je njegova razteznost.
Sprememba dolžine predmeta (delta L) je sorazmerna s spremembo temperature (delta T):
Sprememba dolžine objekta (delta L) je sorazmerna z začetno dolžino objekta (Lo):
Sprememba dolžine vsakega predmeta je različna. Čeprav je velik temperaturne spremembe Podobno raztezanje železa ni enako raztezanju stekla. Enako velja za druge predmete. Zato je linearno raztezanje odvisno od koeficienta linearnega raztezanja vsakega predmeta. Koeficient linearnega raztezanja za vsak predmet se dobi z eksperimentiranjem. Večji kot je koeficient linearnega raztezanja, večje je povečanje dolžine. Manjši kot je koeficient linearnega raztezanja, manjše je povečanje dolžine. Lahko rečemo, da je sprememba dolžine predmeta sorazmerna s koeficientom linearnega raztezanja.
Zgornje tri primerjave so izražene v enačbi:
Skupno dolžino predmeta po raztezanju ali krčenju lahko dobimo tako, da seštejemo začetno dolžino predmeta (Lo) in spremembe dolžine objekta (delta L).
Ko se temperatura spremeni (TT)o) je negativna, potem je sprememba dolžine (LL)o) je tudi negativna. V tem primeru se dolžina predmeta zmanjša. Nasprotno, če se temperatura spremeni (TTo) je pozitivna, potem je sprememba dolžine (LLo) je tudi pozitiven. V tem primeru se dolžina predmeta poveča.
Sledi koeficient linearnega raztezanja trdnih snovi pri temperaturi 20 ° C. Tekočine in plini spreminjajo obliko, kar preprečuje njihovo linearno raztezanje. Koeficient linearnega raztezanja trdnih snovi je odvisen tudi od temperature. Pri različnih temperaturah se spreminja tudi koeficient linearnega raztezanja trdnih snovi. Če temperaturna razlika ni prevelika, tudi razlika v koeficientu linearnega raztezanja ne bo prevelika, zato jo lahko zanemarimo.
Širitev volumna
Raztezanje po dolžini doživljajo samo trdni predmeti, raztezanje prostornine pa vsi predmeti, ne glede na to, ali so trdni, tekoči ali plinasti. Enačba za raztezanje prostornine je podobna enačbi za raztezanje po dolžini.
Zgornja enačba za raztezanje volumna velja le, če je sprememba volumna predmeta (naj bo to trdna snov, tekočina ali plin) manjša od začetne prostornine predmeta. Če je sprememba prostornine predmeta večja od začetne prostornine predmeta, enačba za raztezanje volumna ne daje natančnih rezultatov. Običajno sprememba prostornine trdnih predmetov ni prevelika. Nasprotno pa je vrednost koeficienta prostornine tekočin in plinov precej velika. Tudi koeficient prostornine plinov se zlahka spreminja s spremembami temperature. Zato se zgornja formula uporablja le za raztezanje trdnih predmetov. Formula za določanje spremembe prostornine plina bo obravnavana v okviru kinetične teorije plinov v 11. razredu.
