Ако пажљиво посматрате електричне каблове, приметићете да су закривљени надоле због лабавости. Зашто су електрични каблови намерно олабављени, уместо да се једноставно затегну? Већина кровова на Флоресу и Лембати, Источни Нуса Тенгара, направљена је од цинка (Zn). Током дана или ноћи, цинкови кровови производе буку. Зашто цинк производи буку? Ако живите на острву Јава, можда сте приметили железничке пруге. Постоје празнине на спојевима шина. Која је функција ових празнина на спојевима шина? Постоји много ствари о којима можете размишљати и питати у вези са темом ширења.
Проширење дужине
Већина чврстих тела подлеже линеарном ширењу када им се температура промени. Ово се односи на повећање или смањење дужине. Типично, дужина објекта се повећава како му се температура повећава, док се његова дужина смањује како му се температура смањује. Можда мислите да се линеарно ширење дешава само код предмета попут танких жица. На пример, размотрите аутомобил паркиран поред пута изложен сунчевој светлости. Када се аутомобил прегреје, метална плоча може постати дебља или се дужина његових страница може повећати. Цинков кров такође може доживети линеарно ширење. У овом случају, када се цинк прегреје, ивице цинка се шире и цинк такође може постати дебљи. Исто се дешава са железничким пругама и гвозденим или челичним мостовима.
Већина чврстих тела се шири или скупља када им се температура промени, тако да морамо да разумемо како промене температуре утичу на ширење чврстих тела. Ово је веома корисно при пројектовању опреме, зграда, возила итд. На пример, размаци у железничким пругама. Железничке пруге су направљене од челика. Инжењери су израчунали ширину размака између сваке шине. Током врућег дана, шине ће се проширити за неколико центиметара. Када воз пређе преко њих, температура шина се такође повећава, што узрокује да се шине прошире за колико центиметара. Током хладне ноћи, шине се скупљају за колико центиметара. На основу анализе, инжењери процењују растојање између размака шина тако да када се температура шина повећа, шине се не додирују и не савијају.
Да бисмо лакше извели формулу која показује везу између промене температуре и количине линеарног ширења, размотримо чврсто тело које се шири, као што је приказано на слици десно. Натпис: Тo = почетна температура, T = коначна температура, Lo = почетна дужина, L = дужина након ширења, делта L = промена дужине, делта T = промена температуре.
Када је температура објекта = T o (објекат је још увек хладан), дужина објекта = L o . Када је температура објекта = T (температура објекта се повећава), дужина објекта = L . На основу резултата посматрања и експеримената, промена дужине објекта је пропорционална промени температуре. Ако се температура повећава, дужина објекта се повећава. Обрнуто, када се температура смањује, дужина објекта се смањује. Промена дужине објекта је такође пропорционална почетној дужини објекта (L o ). Ако је величина промене температуре иста, објекат који је дугачак 10 метара, на пример, повећаће се у дужини за 2 пута у поређењу са објектом који је дугачак само 5 метара. Дакле, што је објекат дужи, то је веће ширење објекта.
Промена дужине објекта (делта L) је пропорционална промени температуре (делта T):
Промена дужине објекта (делта L) је пропорционална почетној дужини објекта (Lo):
Промена дужине сваког објекта је различита. Чак и ако је велики промене температуре Слично томе, ширење које доживљава гвожђе није исто као и ширење које доживљава стакло. Исто важи и за друге објекте. Стога, линеарно ширење зависи од коефицијента линеарног ширења сваког објекта. Коефицијент линеарног ширења за сваки објекат се добија експериментисањем. Што је већи коефицијент линеарног ширења, веће је повећање дужине. Што је мањи коефицијент линеарног ширења, мање је повећање дужине. Може се рећи да је промена дужине објекта пропорционална коефицијенту линеарног ширења.
Три горе наведена поређења су изражена једначином:
Укупна дужина објекта након ширења или скупљања може се добити сабирањем почетне дужине објекта (Lo) и промене дужине објекта (делта L).
Када се температура промени (ТТ)o) је негативна, онда је промена дужине (LL)o) је такође негативна. У овом случају, дужина објекта се смањује. Супротно томе, ако се температура промени (TTo) је позитивна, онда је промена дужине (LLo) је такође позитиван. У овом случају, објекат се повећава у дужини.
Следи коефицијент линеарног ширења чврстих тела на температури од 20 ° C. Течности и гасови мењају облик, што их спречава да доживе линеарно ширење. Коефицијент линеарног ширења чврстих тела такође зависи од температуре. На различитим температурама, коефицијент линеарног ширења чврстих тела такође варира. Ако температурна разлика није превелика, разлика у коефицијенту линеарног ширења такође неће бити превелика, па се може занемарити.
Проширење запремине
Експанзију дужине доживљавају само чврсти објекти, док експанзију запремине доживљавају сви објекти, било да су чврсти, течни или гасовити. Једначина за експанзију запремине слична је једначини за експанзију дужине.
Горе наведена једначина ширења запремине важи само када је промена запремине објекта (било да је у питању чврсто, течно или гасовито стање) мања од почетне запремине објекта. Ако је промена запремине објекта већа од почетне запремине објекта, једначина ширења запремине не даје тачне резултате. Обично промена запремине коју доживљавају чврсти објекти није превелика. Насупрот томе, вредност коефицијента запремине течности и гасова је прилично велика. Коефицијент запремине за гасове се такође лако мења са променама температуре. Стога се горња формула користи само за ширење чврстих објеката. Формула за одређивање промене запремине гаса биће проучавана у оквиру теме кинетичке теорије гасова у 11. разреду.
