ตัวอย่างการพิจารณาการขยายตัวทางความร้อนของวัตถุในเทคโนโลยี การขยายตัวทางความร้อน เราแสดงลักษณะการขยายตัวทางความร้อนของของแข็ง

• แม้ว่าขนาดเชิงเส้นและปริมาตรของวัตถุจะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แต่การเปลี่ยนแปลงนี้มักจะต้องนำมาพิจารณาในทางปฏิบัติด้วย ในขณะเดียวกันปรากฏการณ์นี้ก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวันและเทคโนโลยี

โดยคำนึงถึงการขยายตัวทางความร้อนของร่างกายด้วย

การเปลี่ยนแปลงขนาดของของแข็งเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนทำให้เกิดแรงยืดหยุ่นมหาศาล หากวัตถุอื่นขัดขวางการเปลี่ยนแปลงขนาดนี้ ตัวอย่างเช่น คานเหล็กสะพานที่มีหน้าตัดขนาด 100 ตร.ซม. เมื่อได้รับความร้อนจาก -40 °C ในฤดูหนาวถึง +40 °C ในฤดูร้อน หากส่วนรองรับป้องกันการยืดตัว จะทำให้เกิดแรงกดดันต่อส่วนรองรับ (แรงดึง) สูงถึง 1.6 10 8 Pa เช่น บนตัวรองรับด้วยแรง 1.6 10 6 N

ค่าที่กำหนดสามารถรับได้จากกฎและสูตรของฮุค (9.2.1) สำหรับการขยายตัวทางความร้อนของร่างกาย

ตามกฎของฮุค ความเค้นเชิงกลคือส่วนการยืดสัมพัทธ์ และ E คือโมดูลัสของยัง ตาม (9.2.1) เราได้ค่าของการยืดตัวสัมพัทธ์นี้ไปแทนค่านี้ลงในสูตรของกฎของฮุค

สำหรับเหล็ก โมดูลัสของ Young E = 2.1 10 11 Pa ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น α 1 = 9 10 -6 K -1 เมื่อนำข้อมูลเหล่านี้เป็นนิพจน์ (9.4.1) เราจะพบว่าที่ Δt = 80 °C ความเค้นเชิงกลคือ σ = 1.6 · 10 8 Pa

เนื่องจาก S = 10 -2 m2 ดังนั้นแรง F = σS = 1.6 · 10 6 N

เพื่อสาธิตแรงที่เกิดขึ้นเมื่อแท่งโลหะเย็นลง คุณสามารถทำการทดลองต่อไปนี้ ให้ความร้อนแท่งเหล็กโดยมีรูที่ปลายซึ่งสอดแท่งเหล็กหล่อไว้ (รูปที่ 9.5) จากนั้นเราก็สอดแท่งนี้เข้าไปในแท่นโลหะขนาดใหญ่ที่มีร่อง เมื่อเย็นตัวลง แท่งเหล็กจะหดตัวและแรงยืดหยุ่นที่ดีดังกล่าวจะเกิดขึ้นจนแท่งเหล็กหล่อแตก

ข้าว. 9.5

ต้องคำนึงถึงการขยายตัวทางความร้อนของร่างกายเมื่อออกแบบโครงสร้างจำนวนมาก ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าร่างกายสามารถขยายหรือหดตัวได้อย่างอิสระเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

ตัวอย่างเช่นห้ามมิให้ดึงสายโทรเลขให้แน่นรวมทั้งสายไฟระหว่างส่วนรองรับ ในฤดูร้อนสายไฟจะหย่อนคล้อยมากกว่าในฤดูหนาวอย่างเห็นได้ชัด

ท่อส่งไอน้ำโลหะรวมถึงท่อทำน้ำร้อนต้องติดตั้งส่วนโค้ง (ตัวชดเชย) ในรูปแบบของลูป (รูปที่ 9.6)

ข้าว. 9.6

ความเครียดภายในอาจเกิดขึ้นเมื่อร่างกายที่เป็นเนื้อเดียวกันได้รับความร้อนไม่สม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่น ขวดแก้วหรือแก้วที่ทำจากแก้วหนาอาจแตกได้หากเทน้ำร้อนลงไป ก่อนอื่นชิ้นส่วนภายในของเรือที่สัมผัสกับน้ำร้อนจะถูกทำให้ร้อน พวกมันขยายตัวและสร้างแรงกดดันอย่างมากต่อชิ้นส่วนเย็นด้านนอก ดังนั้นอาจเกิดความเสียหายต่อเรือได้ แก้วบางไม่แตกเมื่อเทน้ำร้อนลงไป เนื่องจากชิ้นส่วนด้านในและด้านนอกจะร้อนเร็วเท่ากัน

แก้วควอตซ์มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นต่ำมาก กระจกดังกล่าวสามารถทนต่อความร้อนหรือความเย็นที่ไม่สม่ำเสมอโดยไม่แตกร้าว ตัวอย่างเช่น คุณสามารถเทน้ำเย็นลงในขวดแก้วควอทซ์ร้อนแดง ในขณะที่ขวดแก้วธรรมดาจะแตกในระหว่างการทดลอง

วัสดุที่แตกต่างกันซึ่งต้องได้รับความร้อนและความเย็นเป็นระยะควรนำมาต่อเข้าด้วยกันเฉพาะในกรณีที่ขนาดเปลี่ยนแปลงเท่ากันกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น เหล็กและคอนกรีตจะขยายตัวเท่ากันเมื่อถูกความร้อน นั่นคือเหตุผลที่คอนกรีตเสริมเหล็กกลายเป็นที่แพร่หลาย - ปูนคอนกรีตชุบแข็งเทลงในตะแกรงเหล็ก - การเสริมแรง (รูปที่ 9.7) หากเหล็กและคอนกรีตขยายตัวแตกต่างกัน ผลจากความผันผวนของอุณหภูมิรายวันและรายปี โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กก็จะพังทลายในไม่ช้า

ข้าว. 9.7

ตัวอย่างเพิ่มเติมบางส่วน ตัวนำโลหะที่บัดกรีลงในกระบอกแก้วของหลอดไฟฟ้าและหลอดวิทยุทำจากโลหะผสม (เหล็กและนิกเกิล) ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเหมือนกับแก้ว มิฉะนั้นกระจกจะแตกเมื่อโลหะถูกทำให้ร้อน เคลือบที่ใช้คลุมจานและโลหะที่ใช้ทำอาหารเหล่านี้ต้องมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเท่ากัน มิฉะนั้นเคลือบฟันจะแตกเมื่อจานที่เคลือบด้วยความร้อนและเย็น

ของเหลวยังสามารถพัฒนาแรงที่สำคัญได้หากได้รับความร้อนในภาชนะปิดซึ่งไม่อนุญาตให้ของเหลวขยายตัว แรงเหล่านี้สามารถนำไปสู่การทำลายภาชนะที่บรรจุของเหลวได้ ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของของเหลวนี้ด้วย ตัวอย่างเช่น ระบบท่อทำน้ำร้อนน้ำร้อนจะติดตั้งถังขยายที่เชื่อมต่อกับด้านบนของระบบและสัมผัสกับบรรยากาศเสมอ เมื่อน้ำร้อนในระบบท่อ น้ำส่วนเล็กๆ จะผ่านเข้าไปในถังขยาย ซึ่งจะช่วยขจัดสภาวะความเครียดของน้ำและท่อ ด้วยเหตุผลเดียวกัน หม้อแปลงไฟฟ้าแบบระบายความร้อนด้วยน้ำมันจึงมีถังขยายน้ำมันอยู่ที่ด้านบน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ระดับน้ำมันในถังจะเพิ่มขึ้น และเมื่อน้ำมันเย็นลง ระดับน้ำมันก็จะลดลง

การใช้การขยายตัวทางความร้อนในเทคโนโลยี

การขยายความร้อนของร่างกายถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี ลองยกตัวอย่างบางส่วน แผ่นที่แตกต่างกันสองแผ่น (เช่น เหล็กและทองแดง) เชื่อมเข้าด้วยกันทำให้เกิดแผ่นที่เรียกว่าแผ่นโลหะคู่ (รูปที่ 9.8)

ข้าว. 9.8

เมื่อถูกความร้อนแผ่นดังกล่าวจะโค้งงอเนื่องจากแผ่นหนึ่งขยายตัวมากกว่าแผ่นอื่น แถบด้านใดด้านหนึ่ง (ทองแดง) ที่ขยายตัวมากขึ้นจะอยู่ทางด้านนูนเสมอ (รูปที่ 9.9) คุณสมบัติของแถบ bimetallic นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวัดอุณหภูมิและการควบคุมอุณหภูมิ

ข้าว. 9.9

เทอร์โมสตัท

รูปที่ 9.10 แสดงการออกแบบตัวควบคุมอุณหภูมิประเภทหนึ่งตามแผนผัง ส่วนโค้งของโลหะคู่ 1 จะเปลี่ยนความโค้งเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง แผ่นโลหะ 2 ติดอยู่กับปลายที่ว่าง ซึ่งเมื่อส่วนโค้งคลายออก จะสัมผัสกับหน้าสัมผัส 3 และเมื่อบิด ก็จะเคลื่อนออกจากส่วนนั้น ตัวอย่างเช่น หากเชื่อมต่อหน้าสัมผัส 3 และแผ่น 2 กับปลาย 4, 5 ของวงจรไฟฟ้าที่มีอุปกรณ์ทำความร้อน จากนั้นเมื่อหน้าสัมผัสและแผ่นสัมผัสกัน วงจรไฟฟ้าจะปิด: อุปกรณ์จะเริ่มทำให้ห้องร้อนขึ้น เมื่อได้รับความร้อน Bimetallic arc 1 จะเริ่มบิดตัวและที่อุณหภูมิหนึ่งจะปลดแผ่น 2 ออกจากหน้าสัมผัส 3: วงจรจะขาดและเครื่องทำความร้อนจะหยุดลง

ข้าว. 9.10

เมื่อระบายความร้อน อาร์ค 1 คลี่คลาย จะบังคับให้อุปกรณ์ทำความร้อนเปิดอีกครั้ง ดังนั้นอุณหภูมิห้องจะคงอยู่ที่ระดับนี้ มีการติดตั้งเทอร์โมสตัทที่คล้ายกันในตู้ฟักซึ่งจำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิให้คงที่ ในชีวิตประจำวันมีการติดตั้งเทอร์โมสตัทในตู้เย็นเตารีดไฟฟ้า ฯลฯ ขอบล้อ (ผ้าพันแผล) ของล้อรถรางทำจากเหล็กส่วนที่เหลือของล้อทำจากโลหะราคาถูกกว่า - เหล็กหล่อ ยางจะติดอยู่บนล้อเมื่อถูกความร้อน หลังจากเย็นตัวลงก็จะหดตัวและยึดติดแน่น

นอกจากนี้เมื่อถูกความร้อนพวกเขาจะใส่รอก, แบริ่งบนเพลา, ห่วงเหล็กบนถังไม้ ฯลฯ คุณสมบัติของของเหลวในการขยายตัวเมื่อถูกความร้อนและหดตัวเมื่อเย็นลงในเครื่องมือที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิ - เทอร์โมมิเตอร์ ปรอท แอลกอฮอล์ ฯลฯ ใช้เป็นของเหลวในการทำเทอร์โมมิเตอร์

เมื่อวัตถุขยายตัวหรือหดตัว ความเค้นเชิงกลมหาศาลจะเกิดขึ้นหากวัตถุอื่นขัดขวางการเปลี่ยนแปลงขนาด เทคนิคนี้ใช้แผ่นโลหะคู่ที่เปลี่ยนรูปร่างเมื่อถูกความร้อน

การขยายตัวทางความร้อน- การเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่างเชิงเส้นของร่างกายเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง เพื่อระบุลักษณะการขยายตัวทางความร้อนของของแข็ง จึงมีการนำค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นมาใช้

กลไกการขยายตัวทางความร้อนของของแข็งสามารถแสดงได้ดังนี้ หากพลังงานความร้อนถูกส่งไปยังวัตถุที่เป็นของแข็งกระบวนการดูดซับความร้อนจะเกิดขึ้นเนื่องจากการสั่นสะเทือนของอะตอมในโครงตาข่าย ในกรณีนี้ การสั่นสะเทือนของอะตอมจะรุนแรงมากขึ้น กล่าวคือ แอมพลิจูดและความถี่เพิ่มขึ้น เมื่อระยะห่างระหว่างอะตอมเพิ่มขึ้น พลังงานศักย์ซึ่งมีลักษณะของศักย์ระหว่างอะตอมก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

อย่างหลังแสดงออกมาด้วยผลรวมของศักยภาพของพลังที่น่ารังเกียจและแรงดึงดูด แรงผลักกันระหว่างอะตอมจะเปลี่ยนเร็วขึ้นตามการเปลี่ยนแปลงของระยะห่างระหว่างอะตอมมากกว่าแรงดึงดูด เป็นผลให้รูปร่างของเส้นโค้งพลังงานขั้นต่ำกลายเป็นไม่สมมาตร และระยะห่างระหว่างอะตอมสมดุลเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์นี้สอดคล้องกับการขยายตัวเนื่องจากความร้อน

การพึ่งพาพลังงานศักย์ของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลในระยะห่างระหว่างพวกมันทำให้สามารถค้นหาสาเหตุของการขยายตัวทางความร้อนได้ ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 9.2 เส้นโค้งพลังงานศักย์มีความไม่สมมาตรสูง มันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (สูงชัน) จากค่าต่ำสุด อี p0(ณ จุด ร 0) เมื่อลดลง รและเติบโตค่อนข้างช้าตามไปด้วย ร.

รูปที่ 2.5

ที่ศูนย์สัมบูรณ์ ในสภาวะสมดุล โมเลกุลจะอยู่ห่างจากกัน ร 0 ซึ่งสอดคล้องกับค่าต่ำสุดของพลังงานศักย์ อี p0 .เมื่อโมเลกุลร้อนขึ้น พวกมันจะเริ่มสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งสมดุลของมัน ช่วงของการสั่นถูกกำหนดโดยค่าพลังงานเฉลี่ย อี.หากเส้นโค้งศักย์ไฟฟ้ามีความสมมาตร ตำแหน่งเฉลี่ยของโมเลกุลจะยังคงสอดคล้องกับระยะทาง ร 0 . นี่จะหมายถึงค่าคงที่ทั่วไปของระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลเมื่อถูกความร้อน และด้วยเหตุนี้จึงไม่มีการขยายตัวเนื่องจากความร้อน ที่จริงแล้วเส้นโค้งนั้นไม่สมมาตร ดังนั้นด้วยพลังงานเฉลี่ยเท่ากับ , ตำแหน่งเฉลี่ยของโมเลกุลที่สั่นนั้นสอดคล้องกับระยะทาง ร 1> ร 0.

การเปลี่ยนแปลงของระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลที่อยู่ใกล้กัน 2 โมเลกุลหมายถึงการเปลี่ยนแปลงของระยะห่างระหว่างโมเลกุลทั้งหมดในร่างกาย ดังนั้นขนาดของร่างกายจึงเพิ่มขึ้น การให้ความร้อนแก่ร่างกายมากขึ้นส่งผลให้พลังงานเฉลี่ยของโมเลกุลเพิ่มขึ้นเป็นค่าที่แน่นอน , เป็นต้น ในเวลาเดียวกัน ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโมเลกุลก็เพิ่มขึ้นด้วย เนื่องจากตอนนี้การสั่นสะเทือนเกิดขึ้นพร้อมกับแอมพลิจูดที่มากขึ้นรอบตำแหน่งสมดุลใหม่: ร 2 > หน้า 1, หน้า 3 > หน้า 2ฯลฯ

ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับของแข็ง รูปร่างซึ่งไม่เปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ (ด้วยการทำความร้อนหรือความเย็นสม่ำเสมอ) ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนแปลงขนาดเชิงเส้น (ความยาว เส้นผ่านศูนย์กลาง ฯลฯ ) - การขยายตัวเชิงเส้นและการเปลี่ยนแปลงใน ปริมาตร - การขยายปริมาตร ของเหลวสามารถเปลี่ยนรูปร่างได้เมื่อถูกความร้อน (เช่น ในเทอร์โมมิเตอร์ ปรอทจะเข้าสู่เส้นเลือดฝอย) ดังนั้น ในกรณีของของเหลว จึงสมเหตุสมผลที่จะพูดถึงเฉพาะการขยายปริมาตรเท่านั้น

กฎพื้นฐานของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนของวัตถุที่เป็นของแข็งระบุว่าเป็นวัตถุที่มีมิติเชิงเส้น แอล 0เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นทีละน้อย ∆Tขยายออกด้วยจำนวน Δ ลเท่ากับ:

Δ L = αL 0 ΔT, (2.28)

ที่ไหน α - ที่เรียกว่า สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้น.

มีสูตรที่คล้ายกันสำหรับคำนวณการเปลี่ยนแปลงพื้นที่และปริมาตรของร่างกาย ในกรณีที่ง่ายที่สุดที่นำเสนอ เมื่อค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิหรือทิศทางของการขยายตัว สารจะขยายตัวสม่ำเสมอในทุกทิศทางตามสูตรข้างต้นอย่างเคร่งครัด

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นขึ้นอยู่กับลักษณะของสารและอุณหภูมิด้วย อย่างไรก็ตาม หากเราพิจารณาการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในขีดจำกัดที่ไม่กว้างเกินไป การพึ่งพา α กับอุณหภูมิสามารถละเลยได้ และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นสามารถถือเป็นค่าคงที่สำหรับสารที่กำหนดได้ ในกรณีนี้ ขนาดเชิงเส้นของวัตถุตามสูตร (2.28) ต่อไปนี้ ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิดังนี้

ล = ล 0 ( 1 +αΔT) (2.29)

ในบรรดาของแข็งนั้น ขี้ผึ้งจะขยายตัวได้มากที่สุด ซึ่งมากกว่าของเหลวหลายชนิดในแง่นี้ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของขี้ผึ้งจะมากกว่าเหล็กถึง 25 ถึง 120 เท่า ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภท ในบรรดาของเหลวนั้น อีเธอร์จะขยายตัวได้มากที่สุด อย่างไรก็ตาม มีของเหลวที่ขยายตัวได้แรงกว่าอีเธอร์ถึง 9 เท่า นั่นคือคาร์บอนไดออกไซด์เหลว (CO3) ที่อุณหภูมิ +20 องศาเซลเซียส ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของมันมากกว่าก๊าซถึง 4 เท่า

แก้วควอตซ์มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำที่สุดระหว่างของแข็ง - น้อยกว่าเหล็ก 40 เท่า ขวดควอทซ์ที่ได้รับความร้อนถึง 1,000 องศาสามารถหย่อนลงในน้ำเย็นได้อย่างปลอดภัยโดยไม่ต้องกลัวว่าขวดจะไม่แตก เพชรยังมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำ แม้ว่าจะมากกว่าแก้วควอตซ์ก็ตาม

ในบรรดาโลหะนั้น ประเภทของเหล็กที่ขยายตัวน้อยที่สุดเรียกว่า Invar โดยค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนนั้นน้อยกว่าเหล็กธรรมดาถึง 80 เท่า

ตารางที่ 2.1 ด้านล่างแสดงค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงปริมาตรของสารบางชนิด

ตารางที่ 2.1 - ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวไอโซบาริกของก๊าซ ของเหลว และของแข็งบางชนิดที่ความดันบรรยากาศ

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของปริมาตร	สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น
สาร	อุณหภูมิ, องศาเซลเซียส	α×10 3 , (°C) -1	สาร	อุณหภูมิ, องศาเซลเซียส	α×10 3 , (°C) -1
ก๊าซ	เพชร		1,2
กราไฟท์		7,9
ฮีเลียม	0-100	3,658	กระจก	0-100	~9
ออกซิเจน	3,665	ทังสเตน		4,5
ของเหลว	ทองแดง	16,6
น้ำ		0,2066	อลูมิเนียม
ปรอท	0,182	เหล็ก
กลีเซอรอล	0,500	อินวาร์ (36.1% Ni)	0,9
เอทานอล	1,659	น้ำแข็ง	-10 ถึง 0 o C	50,7

คำถามเพื่อความปลอดภัย

1. กำหนดลักษณะการกระจายตัวของการสั่นสะเทือนปกติตามความถี่

2. โฟนอนคืออะไร?

3. อธิบายความหมายทางกายภาพของอุณหภูมิเดบาย อะไรเป็นตัวกำหนดอุณหภูมิดีบายของสารที่กำหนด

4. เหตุใดความจุความร้อนของผลึกจึงไม่คงที่ที่อุณหภูมิต่ำ

5. ความจุความร้อนของของแข็งเรียกว่าอะไร? มันกำหนดได้อย่างไร?

6. อธิบายการขึ้นต่อกันของความจุความร้อนของผลึกตาข่ายเครชกับอุณหภูมิ T

7. หากฎ Dulong-Petit สำหรับความจุความร้อนของฟันกรามของขัดแตะ

8. รับกฎของ Debye สำหรับความจุความร้อนของฟันกรามของโครงตาข่ายคริสตัล

9. ความจุความร้อนอิเล็กทรอนิกส์มีส่วนช่วยอย่างไรต่อความจุความร้อนโมลาร์ของโลหะ

10. ของแข็งมีค่าการนำความร้อนเป็นเท่าใด? มันมีลักษณะอย่างไร? การนำความร้อนเกิดขึ้นได้อย่างไรในกรณีของโลหะและอิเล็กทริก

11. ค่าการนำความร้อนของผลึกขัดแตะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร? อธิบาย.

12. กำหนดค่าการนำความร้อนของก๊าซอิเล็กตรอน เปรียบเทียบ χ เอลและ χ แก้ในโลหะและไดอิเล็กทริก

13. ให้คำอธิบายทางกายภาพเกี่ยวกับกลไกการขยายตัวทางความร้อนของของแข็งหรือไม่? CTE อาจเป็นลบได้หรือไม่? ถ้าใช่ก็อธิบายเหตุผล

14. อธิบายการพึ่งพาอุณหภูมิของสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน

แม้ว่าขนาดเชิงเส้นและปริมาตรของวัตถุจะเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ แต่การเปลี่ยนแปลงนี้มักจะต้องนำมาพิจารณาในทางปฏิบัติด้วย ในขณะเดียวกันปรากฏการณ์นี้ก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวันและเทคโนโลยี
โดยคำนึงถึงการขยายตัวทางความร้อนของร่างกายด้วย
การเปลี่ยนแปลงขนาดของของแข็งเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนทำให้เกิดแรงยืดหยุ่นมหาศาล หากวัตถุอื่นขัดขวางการเปลี่ยนแปลงขนาดนี้ ตัวอย่างเช่น คานสะพานเหล็กที่มีหน้าตัดขนาด 100 ตร.ซม. เมื่อได้รับความร้อนจาก -40 °C ในฤดูหนาวถึง +40 °C ในฤดูร้อน หากส่วนรองรับป้องกันการยืดตัว จะทำให้เกิดแรงกดดันต่อส่วนรองรับ (แรงดึง) ขึ้นไป ถึง 1.6 108 Pa เช่น ทำหน้าที่รองรับด้วยแรง 1.6 106N
ค่าที่กำหนดสามารถรับได้จากกฎและสูตรของฮุค (9.2.1) สำหรับการขยายตัวทางความร้อนของร่างกาย
เอฟ
ตามกฎของฮุค ความเค้นเชิงกล a = ^ = Ee
ที่ไหน? = y- - การยืดตัวสัมพัทธ์, E - โมดูลัสของ Young, "o
ตาม (9.2.1) y1 = e = การแทนค่านี้สัมพันธ์กับ
เราได้รับส่วนขยายที่แข็งแกร่งในสูตรของกฎของฮุค
สำหรับเหล็ก โมดูลัสของ Young E = 2.1 1,011 Pa ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น a1 = 9 10-6 K-1 เมื่อนำข้อมูลเหล่านี้เป็นนิพจน์ (9.4.1) เราพบว่าที่ = 80 °C ความเค้นเชิงกลคือ a = 1.6 · 108 Pa
เนื่องจาก S = 10~2 m2 ดังนั้น แรง F = aS = 1.6 · 106 N
เพื่อสาธิตแรงที่เกิดขึ้นเมื่อแท่งโลหะเย็นลง คุณสามารถทำการทดลองต่อไปนี้ ให้ความร้อนแท่งเหล็กโดยมีรูที่ปลายซึ่งสอดแท่งเหล็กหล่อไว้ (รูปที่ 9.5) จากนั้นเราก็สอดแท่งนี้เข้าไปในแท่นโลหะขนาดใหญ่ที่มีร่อง เมื่อเย็นตัวลง แท่งเหล็กจะหดตัวและแรงยืดหยุ่นที่ดีดังกล่าวจะเกิดขึ้นจนแท่งเหล็กหล่อแตก

ข้าว. 9.5
ต้องคำนึงถึงการขยายตัวทางความร้อนของร่างกายเมื่อออกแบบโครงสร้างต่างๆ มีความจำเป็นต้องใช้มาตรการเพื่อให้แน่ใจว่าร่างกายสามารถขยายหรือหดตัวได้อย่างอิสระเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง
ตัวอย่างเช่นห้ามมิให้ดึงสายโทรเลขให้แน่นรวมทั้งสายไฟระหว่างส่วนรองรับ ในฤดูร้อนสายไฟจะหย่อนคล้อยมากกว่าในฤดูหนาวอย่างเห็นได้ชัด
ท่อส่งไอน้ำโลหะรวมถึงท่อทำน้ำร้อนต้องติดตั้งส่วนโค้ง (ตัวชดเชย) ในรูปแบบของลูป (รูปที่ 9.6)
ความเครียดภายในอาจ ^^
หายไปพร้อมกับความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ
ร่างกายเป็นเนื้อเดียวกัน ตัวอย่างเช่น แก้ว - I I
ขวดหรือแก้วหนาอาจแตกได้หากเทน้ำร้อนลงไป ก่อนอื่นสิ่งที่เกิดขึ้นคือรูป 9.6 1. ชิ้นส่วนภายในของเรือที่สัมผัสกับน้ำร้อนจะได้รับความร้อน พวกมันขยายตัวและสร้างแรงกดดันอย่างรุนแรงต่อชิ้นส่วนเย็นด้านนอก ดังนั้นอาจเกิดความเสียหายต่อเรือได้ แก้วบางไม่แตกเมื่อเทน้ำร้อนลงไป เนื่องจากชิ้นส่วนด้านในและด้านนอกจะร้อนเร็วเท่ากัน
แก้วควอตซ์มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นต่ำมาก กระจกดังกล่าวสามารถทนต่อความร้อนหรือความเย็นที่ไม่สม่ำเสมอโดยไม่แตกร้าว ตัวอย่างเช่น คุณสามารถเทน้ำเย็นลงในขวดแก้วควอทซ์ร้อนแดง ในขณะที่ขวดแก้วธรรมดาจะแตกในระหว่างการทดลอง
วัสดุที่แตกต่างกันซึ่งต้องได้รับความร้อนและความเย็นเป็นระยะควรนำมาต่อเข้าด้วยกันเฉพาะในกรณีที่ขนาดเปลี่ยนแปลงเท่ากันกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น เหล็กและคอนกรีตจะขยายตัวเท่ากันเมื่อถูกความร้อน นั่นคือเหตุผลที่คอนกรีตเสริมเหล็กกลายเป็นที่แพร่หลาย - ปูนคอนกรีตชุบแข็งเทลงในตะแกรงเหล็ก - การเสริมแรง (รูปที่ 9.7) หากเหล็กและคอนกรีตขยายตัวแตกต่างกัน ผลจากความผันผวนของอุณหภูมิรายวันและรายปี โครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กก็จะพังทลายในไม่ช้า
ตัวอย่างเพิ่มเติมบางส่วน ตัวนำโลหะที่บัดกรีลงในกระบอกแก้วของหลอดไฟฟ้าและหลอดวิทยุทำจากโลหะผสม (เหล็กและนิกเกิล) ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเหมือนกับแก้ว มิฉะนั้นกระจกจะแตกเมื่อโลหะถูกทำให้ร้อน เคลือบที่ใช้คลุมจานและโลหะที่ใช้ทำอาหารเหล่านี้ต้องมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเท่ากัน มิฉะนั้นเคลือบฟันจะแตกเมื่อจานที่เคลือบด้วยความร้อนและเย็น
ของเหลวยังสามารถพัฒนาแรงที่สำคัญได้หากได้รับความร้อนในภาชนะปิดซึ่งไม่อนุญาตให้ของเหลวไหลเข้าไป

ขยาย. แรงเหล่านี้สามารถนำไปสู่การทำลายภาชนะที่บรรจุของเหลวได้ ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงคุณสมบัติของของเหลวนี้ด้วย ตัวอย่างเช่น ระบบท่อทำน้ำร้อนน้ำร้อนจะติดตั้งถังขยายที่เชื่อมต่อกับด้านบนของระบบและสัมผัสกับบรรยากาศเสมอ เมื่อน้ำร้อนในระบบท่อ น้ำส่วนเล็กๆ จะผ่านเข้าไปในถังขยาย ซึ่งจะช่วยขจัดสภาวะความเครียดของน้ำและท่อ ด้วยเหตุผลเดียวกัน หม้อแปลงไฟฟ้าแบบระบายความร้อนด้วยน้ำมันจึงมีถังขยายน้ำมันอยู่ที่ด้านบน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ระดับน้ำมันในถังจะเพิ่มขึ้น และเมื่อน้ำมันเย็นลง ระดับน้ำมันก็จะลดลง
การใช้การขยายตัวทางความร้อนในเทคโนโลยี

ข้าว. 9.8
เทอร์โมสตัท
รูปที่ 9.10 แสดงการออกแบบตัวควบคุมอุณหภูมิประเภทหนึ่งตามแผนผัง ส่วนโค้งของโลหะคู่ 1 จะเปลี่ยนความโค้งเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง แผ่นโลหะ 2 ติดอยู่กับปลายที่ว่าง ซึ่งเมื่อส่วนโค้งคลายออก จะสัมผัสกับหน้าสัมผัส 3 และเมื่อบิด ก็จะเคลื่อนออกจากส่วนนั้น ตัวอย่างเช่นหากเชื่อมต่อหน้าสัมผัส 3 และแผ่น 2 เข้ากับปลาย 4, 5 ของวงจรไฟฟ้าที่มีอุปกรณ์ทำความร้อนให้สัมผัสกัน
การขยายความร้อนของร่างกายถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยี ลองยกตัวอย่างบางส่วน แผ่นที่แตกต่างกันสองแผ่น (เช่น เหล็กและทองแดง) เชื่อมเข้าด้วยกันก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าแผ่นโลหะคู่ (รูปที่ 9.8) เมื่อถูกความร้อนแผ่นดังกล่าวจะโค้งงอเนื่องจากแผ่นหนึ่งขยายตัวมากกว่าแผ่นอื่น แถบด้านใดด้านหนึ่ง (ทองแดง) ที่ขยายตัวมากขึ้นจะอยู่ทางด้านนูนเสมอ (รูปที่ 9.9) คุณสมบัติของแถบ bimetallic นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดอุณหภูมิและควบคุม

เมื่อหน้าสัมผัสและเพลตเข้าที่แล้ว วงจรไฟฟ้าจะปิด: อุปกรณ์จะเริ่มทำให้ห้องร้อนขึ้น เมื่อได้รับความร้อน Bimetallic arc 1 จะเริ่มบิดตัวและที่อุณหภูมิหนึ่งจะปลดแผ่น 2 ออกจากหน้าสัมผัส 3: วงจรจะขาดและเครื่องทำความร้อนจะหยุดลง เมื่อระบายความร้อน อาร์ค 1 คลี่คลาย จะทำให้อุปกรณ์ทำความร้อนเปิดขึ้นมาอีกครั้ง ดังนั้นอุณหภูมิห้องจะคงอยู่ที่ระดับนี้ มีการติดตั้งเทอร์โมสตัทที่คล้ายกันในตู้ฟักซึ่งจำเป็นต้องรักษาอุณหภูมิให้คงที่ ในชีวิตประจำวันมีการติดตั้งเทอร์โมสตัทในตู้เย็นเตารีดไฟฟ้า ฯลฯ ขอบล้อ (ผ้าพันแผล) ของล้อรถรางทำจากเหล็กส่วนที่เหลือของล้อทำจากโลหะราคาถูกกว่า - เหล็กหล่อ ยางจะติดอยู่บนล้อเมื่อถูกความร้อน หลังจากเย็นตัวลงก็จะหดตัวและยึดติดแน่น
นอกจากนี้ในสถานะร้อนรอกแบริ่งจะถูกวางบนเพลาห่วงเหล็กบนถังไม้ ฯลฯ คุณสมบัติของของเหลวในการขยายตัวเมื่อถูกความร้อนและหดตัวเมื่อเย็นลงในเครื่องมือที่ใช้ในการวัดอุณหภูมิ - เครื่องวัดอุณหภูมิ ปรอท แอลกอฮอล์ ฯลฯ ใช้เป็นของเหลวในการทำเทอร์โมมิเตอร์
เมื่อวัตถุขยายตัวหรือหดตัว ความเค้นเชิงกลมหาศาลจะเกิดขึ้นหากวัตถุอื่นขัดขวางการเปลี่ยนแปลงขนาด เทคนิคนี้ใช้แผ่นโลหะคู่ที่เปลี่ยนรูปร่างเมื่อถูกความร้อน

สายไฟจะหย่อนคล้อยในฤดูร้อนมากกว่าในฤดูหนาวเช่น พวกเขาจะยาวกว่าในฤดูร้อน หากคุณนำน้ำเย็นเต็มขวดไปวางไว้ในที่อบอุ่น น้ำบางส่วนจะไหลออกจากขวดเมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากน้ำจะขยายตัวในระหว่างการทำความร้อน บอลลูนที่นำออกจากห้องไปในที่เย็นจะทำให้ปริมาตรลดลง

1. เราตรวจสอบการขยายตัวทางความร้อนของของแข็ง ของเหลว และก๊าซ

เรียบง่าย การทดลองและการสังเกตมากมายทำให้เรามั่นใจว่า ตามกฎแล้ว ของแข็ง ของเหลว และก๊าซจะขยายตัวในระหว่างการทำความร้อนและการหดตัวระหว่างการทำให้เย็นลง

การขยายตัวทางความร้อนของของเหลวและก๊าซนั้นสังเกตได้ง่ายโดยใช้ขวด โดยที่คอขวดถูกปิดผนึกอย่างแน่นหนา และใส่ท่อแก้วเข้าไปในตัวกั้น ลองเปลี่ยนขวดที่เต็มไปด้วยอากาศให้เป็นภาชนะที่มีน้ำ

ตอนนี้ก็เพียงพอที่จะจับขวดด้วยมือแล้วและในไม่ช้าอากาศที่ขยายตัวในขวดจะออกมาในรูปของฟองจากท่อใต้น้ำ (รูปที่ 2.30)

ทีนี้มาเติมของเหลวสีลงในขวดแล้วปิดผนึกเพื่อให้ส่วนหนึ่งของของเหลวเข้าไปในท่อ (รูปที่ 2.31, a) ให้เราทำเครื่องหมายระดับของเหลวในท่อและลดขวดลงในภาชนะที่มีน้ำร้อน ในช่วงแรกระดับของเหลวจะลดลงเล็กน้อย (รูปที่ 2.31, b) และสามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าขวดจะร้อนขึ้นก่อนและขยายตัว และจากนั้นเมื่อถูกความร้อนน้ำจะขยายตัวเท่านั้น

ข้าว. 2.30. เมื่อถูกความร้อน อากาศในขวดจะขยายตัวและบางส่วนจะออกจากขวด ซึ่งสามารถมองเห็นได้จากฟองอากาศที่ออกมาจากท่อ

ข้าว. 2.31 การทดลองที่แสดงให้เห็นว่าเมื่อถูกความร้อน ของเหลว (เช่น ของแข็งและก๊าซ) จะขยายตัว: a - ขวดที่มีฝาปิดซึ่งมีของเหลวอยู่ในหลอด; b - ในช่วงแรกของการให้ความร้อนระดับของเหลวจะลดลงเล็กน้อย c - เมื่อให้ความร้อนเพิ่มเติม ระดับของเหลวจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ในไม่ช้าเราจะเห็นว่าเมื่อขวดและน้ำในขวดร้อนขึ้น ระดับของเหลวในท่อจะเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด (รูปที่ 2.31, c) ดังนั้น, ของแข็งและของเหลว เช่น ก๊าซ จะขยายตัวเมื่อถูกความร้อน การวิจัยพบว่าของแข็งและของเหลวขยายตัวได้น้อยกว่ามากในระหว่างการให้ความร้อนมากกว่าก๊าซ

การขยายตัวทางความร้อนของของแข็งสามารถแสดงให้เห็นได้ในการทดลองต่อไปนี้ ลองใช้ลูกบอลทองแดงซึ่งอยู่ในสถานะไม่ได้รับความร้อนผ่านวงแหวนที่ติดตั้งไว้ได้อย่างง่ายดาย ให้ความร้อนลูกบอลด้วยเปลวไฟของตะเกียงแอลกอฮอล์และตรวจดูให้แน่ใจว่าลูกบอลจะไม่ผ่านวงแหวนอีกต่อไป (รูปที่ 2.32, ก) หลังจากเย็นลงแล้ว ลูกบอลจะผ่านวงแหวนอีกครั้งได้อย่างง่ายดาย (รูปที่ 2.32, b)

2. ค้นหาสาเหตุของการขยายตัวเนื่องจากความร้อน

มีเหตุผลอะไรเพิ่มขึ้น ปริมาณร่างกายในระหว่างการให้ความร้อนเนื่องจากจำนวนโมเลกุลไม่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น?

ทฤษฎีอะตอม - โมเลกุลอธิบายการขยายตัวทางความร้อนของร่างกายโดยข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วของการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้มีระยะห่างเฉลี่ยระหว่าง อะตอม(โมเลกุล)

ข้าว. 2.32. การทดลองที่แสดงให้เห็นการขยายตัวทางความร้อนของของแข็ง: a - ในสถานะได้รับความร้อน ลูกบอลจะไม่ผ่านวงแหวน; b - หลังจากเย็นลงลูกบอลจะผ่านวงแหวน

ดังนั้นปริมาตรของร่างกายจึงเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน ยิ่งอุณหภูมิของสสารต่ำลง ช่องว่างระหว่างโมเลกุลก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ข้อยกเว้นคือน้ำ เหล็กหล่อ และสารอื่นๆ บางชนิด ตัวอย่างเช่น น้ำจะขยายตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า 4 °C เท่านั้น ที่อุณหภูมิตั้งแต่ O 0C ถึง 4 0C ปริมาตรของน้ำจะลดลงระหว่างการให้ความร้อน

3. อธิบายลักษณะการขยายตัวทางความร้อนของของแข็ง

ให้เราค้นหาว่าขนาดเชิงเส้นของวัตถุทึบเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเนื่องจากการเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิ- โดยวัดความยาวของท่ออลูมิเนียม จากนั้นให้ความร้อนท่อโดยส่งน้ำร้อนผ่านเข้าไป หลังจากนั้นสักพักจะสังเกตได้ว่าความยาวของท่อเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

การเปลี่ยนท่ออะลูมิเนียมเป็นแก้วที่มีความยาวเท่ากัน เราจะมั่นใจได้ว่าในกรณีที่อุณหภูมิเพิ่มขึ้นเท่ากัน ความยาวของท่อแก้วจะเพิ่มขึ้นน้อยกว่าความยาวของท่ออลูมิเนียมมาก ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่า: การขยายตัวทางความร้อนของร่างกายขึ้นอยู่กับสารที่ใช้สร้างมันขึ้นมา

ปริมาณทางกายภาพซึ่งแสดงลักษณะการขยายตัวทางความร้อนของวัสดุและมีค่าเท่ากับอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงความยาวของร่างกายเนื่องจากการให้ความร้อนโดย I ° C และความยาวเริ่มต้นเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น

ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ a และคำนวณโดยสูตร:

จากคำนิยามของสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้น หน่วยของปริมาณทางกายภาพนี้สามารถหาได้:

ตารางด้านล่างแสดงอุณหภูมิ อัตราต่อรองการขยายตัวเชิงเส้นของสารบางชนิด

4. ทำความรู้จักกับการขยายตัวทางความร้อนในธรรมชาติและเทคโนโลยี

ความสามารถของวัตถุในการขยายระหว่างการให้ความร้อนและการหดตัวระหว่างการทำความเย็นมีบทบาทสำคัญมากในธรรมชาติ พื้นผิวโลกร้อนขึ้นไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้อากาศใกล้โลกขยายตัวไม่สม่ำเสมอและเกิดลมขึ้น ซึ่งเป็นตัวกำหนดการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ การให้ความร้อนของน้ำในทะเลและมหาสมุทรไม่สม่ำเสมอทำให้เกิดกระแสน้ำที่ส่งผลกระทบอย่างมากต่อสภาพภูมิอากาศ ความผันผวนของอุณหภูมิอย่างรวดเร็วในพื้นที่ภูเขาทำให้หินขยายตัวและหดตัว และเนื่องจากระดับของการขยายตัวขึ้นอยู่กับชนิดของหิน การขยายตัวและแรงอัดจึงเกิดขึ้นไม่เท่ากัน ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวที่นำไปสู่การทำลายหินเหล่านี้

จะต้องคำนึงถึงการขยายตัวเนื่องจากความร้อนเมื่อสร้างสะพานและสายไฟ การวางท่อทำความร้อน การวางรางรถไฟ การผลิตโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก และในกรณีอื่นๆ อีกมากมาย

ปรากฏการณ์การขยายตัวทางความร้อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีและชีวิตประจำวัน ดังนั้นเพื่อปิดและเปิดวงจรไฟฟ้าโดยอัตโนมัติจึงใช้แผ่น bimetallic ซึ่งประกอบไปด้วยแถบสองแถบที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นต่างกัน (รูปที่ 2.33) การขยายความร้อนของอากาศช่วยให้อพาร์ทเมนท์อบอุ่นอย่างสม่ำเสมอ อาหารเย็นในตู้เย็น และระบายอากาศในห้อง

ข้าว. 2.33. สำหรับการผลิตฟิวส์อัตโนมัติ (a) สำหรับการเปิดและปิดอุปกรณ์ทำความร้อนโดยอัตโนมัติ (b) มีการใช้แผ่น bimetallic (c) อย่างกว้างขวาง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โลหะชนิดหนึ่งจะขยายตัวมากกว่าอีกโลหะหนึ่งมาก ซึ่งส่งผลให้แผ่นโค้งงอ (d) และเปิด (หรือปิด)

5. การเรียนรู้การแก้ปัญหา

ความยาวของรางรถไฟเหล็กที่อุณหภูมิ 0 o C คือ 8 กรัม ความยาวจะเพิ่มขึ้นเท่าใดในวันฤดูร้อนที่อุณหภูมิ 40 ° C

การวิเคราะห์สภาพปัญหา การรู้ว่าความยาวของชิ้นส่วนเหล็กเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเนื่องจากการให้ความร้อน 1 °C กล่าวคือ เมื่อทราบค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นของเหล็ก เราจะพบว่าความยาวของรางจะเปลี่ยนไปตามการให้ความร้อน 40 °C ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของการขยายตัวเชิงเส้นของเหล็กสามารถดูได้จากตารางด้านบน

• มาสรุปกัน

ของแข็ง ของเหลว และก๊าซมีแนวโน้มที่จะขยายตัวเมื่อถูกความร้อน สาเหตุของการขยายตัวเนื่องจากความร้อนก็คือเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น เป็นผลให้ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอะตอมเพิ่มขึ้น ( โมเลกุล- การขยายตัวทางความร้อนของของแข็งมีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นเป็นตัวเลขเท่ากับอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลงความยาวของลำตัวเนื่องจากความร้อน 1 o C และความยาวเริ่มต้น

• คำถามเพื่อความปลอดภัย

1. ยกตัวอย่างที่แสดงว่าของแข็ง ของเหลว และก๊าซขยายตัวเมื่อถูกความร้อน

2. อธิบายการทดลองสาธิตการขยายตัวทางความร้อนของของเหลว

3. อะไรคือสาเหตุของการเพิ่มปริมาตรของร่างกายในระหว่างการทำความร้อน?

4. นอกจากอุณหภูมิแล้ว อะไรเป็นตัวกำหนดการเปลี่ยนแปลงขนาดของร่างกายระหว่างการให้ความร้อน (ความเย็น)?

5. ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นวัดได้ในหน่วยใด?

• แบบฝึกหัด

1. เลือกคำตอบที่ถูกต้องทั้งหมด เมื่อร่างกายเย็นลงแล้ว:

ก) ความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลลดลง
b) ความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพิ่มขึ้น
c) ระยะห่างระหว่างโมเลกุลลดลง
d) ระยะห่างระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น

2. ปริมาตรของบอลลูนจะเปลี่ยนไปอย่างไรหากเราย้ายจากห้องเย็นไปเป็นห้องอุ่น? ทำไม
3. จะเกิดอะไรขึ้นกับระยะห่างระหว่างอนุภาคของของเหลวในเทอร์โมมิเตอร์เมื่ออากาศเย็น
4. ถูกต้องหรือไม่ที่จะบอกว่าเมื่อถูกความร้อน ร่างกายจะมีขนาดเพิ่มขึ้นเนื่องจากขนาดโมเลกุลของมันเพิ่มขึ้น? ถ้าไม่เช่นนั้น ให้เสนอเวอร์ชันที่แก้ไขแล้วของคุณเอง
5. เหตุใดเครื่องมือวัดที่แม่นยำจึงระบุอุณหภูมิ
6. จำการทดลองกับลูกบอลทองแดงซึ่งติดอยู่ในวงแหวนเนื่องจากความร้อน (ดูรูปที่ 2.32) การเปลี่ยนแปลงต่อไปนี้เกิดจากความร้อนอย่างไร: ปริมาตรของลูกบอล; มวลของมัน ความหนาแน่น; ความเร็วเฉลี่ยของอะตอม?
7. หลังจากไอน้ำจากน้ำเดือดผ่านท่อทองเหลืองแล้วความยาวของท่อเพิ่มขึ้น 1.62 มม. ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นของทองเหลืองจะเป็นเท่าใด หากที่อุณหภูมิ 15 0C
ท่อยาว 1 เมตร ใช่ไหมครับ? เราขอเตือนคุณว่าอุณหภูมิของน้ำเดือดคือ 100 °C
8. ลวดทองคำขาวยาว 1.5 ม. ที่อุณหภูมิ 0 °C เนื่องจากกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ลวดจึงร้อนและยาวขึ้น 15 มม. มันถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิเท่าไหร่?
9. แผ่นทองแดงสี่เหลี่ยมซึ่งมีขนาดที่อุณหภูมิ 20 0C คือ 60 ซม. x 50 ซม. นำไปให้ความร้อนถึง 600 °C พื้นที่ใบเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร?

• งานทดลอง

1. การมีกระดาน ค้อน ตะปูสองตัว ตะเกียงวิญญาณ และแหนบ จะแสดงได้อย่างไรว่าขนาดของเหรียญ 5 โคเปคจะเพิ่มขึ้นเมื่อถูกความร้อน ทำการทดลองที่เกี่ยวข้อง อธิบายปรากฏการณ์ที่สังเกตได้

2. เติมน้ำลงในขวดจนมีฟองอากาศอยู่ข้างใน อุ่นขวดด้วยน้ำร้อน ดูว่าขนาดของฟองอากาศเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร ชี้แจงผล..

ฟิสิกส์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7: ตำราเรียน / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina - X.: สำนักพิมพ์ "ระนก", 2550. - 192 หน้า: ป่วย.

เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนและการสนับสนุนการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมวิธีการสอนแบบเร่งเทคโนโลยีแบบโต้ตอบ ฝึกฝน การทดสอบ การทดสอบงานออนไลน์ และแบบฝึกหัด การบ้าน และคำถามการฝึกอบรมสำหรับการอภิปรายในชั้นเรียน ภาพประกอบ วัสดุวิดีโอและเสียง ภาพถ่าย รูปภาพ กราฟ ตาราง แผนภาพ การ์ตูน อุปมา คำพูด ปริศนาอักษรไขว้ เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย เรื่องตลก คำพูด ส่วนเสริม บทคัดย่อเคล็ดลับแผ่นโกงสำหรับบทความที่อยากรู้อยากเห็น (MAN) วรรณกรรมพื้นฐานและพจนานุกรมคำศัพท์เพิ่มเติม การปรับปรุงตำราเรียนและบทเรียน แก้ไขข้อผิดพลาดในตำราเรียนแทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น ปฏิทิน แผน โปรแกรมการฝึกอบรม คำแนะนำด้านระเบียบวิธี