Личные инструменты

2168
з математики

132
учня

168
для 11 класу

443
відкореговано


Вашій увазі

24638
уроків


Зависимость размеров тел от температуры

Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Зависимость размеров тел от температуры


  • Если  вы  наблюдательны, то,  наверное,  обратили  внимание  на та­кие факты. Электрические  провода летом  провисают  намного  силь­нее,  чем  зимой,  т.  е.  летом  они  длиннее.  Если  набрать  полную  бу­тылку  холодной  воды  и  поставить в теплое место, то  со временем часть воды из бутылки выльется, так как во время нагревания вода расширяется. Воздушный шарик,  вынесенный  из  комнаты  на мороз, уменьшается в  объеме.


1. Убеждаемся в тепловом расширении твердых тел, жидкостей и газов

Несложные опыты и многочисленные на­блюдения убеждают нас в  том,  что,  как  прави­ло,  твердые  тела, жидкости  и  газы  во  время нагревания расширяются, а  во  время охлажде­ния сжимаются.

Тепловое расширение жидкостей и газов лег­ко наблюдать с помощью колбы, шейка которой плотно  закупорена,  а  в  пробку  вставлена  стек­лянная трубка. Перевернем колбу,  заполненную воздухом,  в  сосуд  с  водой. 

Теперь  достаточно взяться за колбу рукой, и в скором времени воз­дух, расширяясь в колбе,  будет выходить в виде пузырьков из трубки под водой  (рис.  2.30).

Теперь наполним колбу какой-нибудь подкра­шенной жидкостью и закупорим так, чтобы часть жидкости вошла  в трубку  (рис.  2.31,  а).  Обозна­чим уровень жидкости в трубке и опустим колбу в сосуд с горячей водой. В первый момент уровень жидкости  немного  снизится  (рис.  2.31,  б),  и  это можно  объяснить  тем,  что  сначала  нагревается и  расширяется  колба,  а уже  потом,  нагреваясь, расширяется вода.

Нагревание воздуха

Рис. 2.30. При нагревании воз­дух в колбе расширяется и часть его выходит из колбы —  это видно по пузырькам воздуха, выходящим из трубки


Опыт

Рис. 2.31  Опыт, демонстрирующий, что при нагревании жидкость (как твердые тела и газы) расширяется: а — закрытая пробкой колба с жидкостью в трубке; б — в первый момент нагрева­ния уровень жидкости немного снижается; в  — при дальнейшем нагревании уровень жидкости значительно повышается

В скором времени мы убедим­ся,  что  по мере нагревания  колбы и  воды  в  ней уровень  жидкости  в  трубке  заметно  повысится (рис.  2.31,  в).  Итак,  твердые тела  и  жидкости, как и  газы,  во время нагревания  расширяются. Исследовательским путем выяснено, что твердые тела и жидкости  во время нагревания расширяются намного меньше, чем газы.

Тепловое  расширение  твердых  тел  можно продемонстрировать также на следующем опы­те. Возьмем медный шарик, который в ненагре­том  состоянии легко проходит  сквозь пригнан­ное  к  нему  кольцо.  Нагреем шарик  в  пламени спиртовки и убедимся в том, что шарик  теперь не будет проходить сквозь кольцо (рис.  2.32, а). После  охлаждения шарик  снова легко  пройдет сквозь кольцо  (рис.  2.32,  б).


2. Выясняем причину теплового расширения

В чем же причина увеличения объема тел во время  нагревания,  ведь количество молекул с увеличением температуры не изменяется?

Атомно-молекулярная  теория  объясняет  теп­ловое  расширение  тел  тем,  что  с  увеличением температуры  увеличивается  скорость  движения атомов  и  молекул.  В  результате  увеличивается среднее расстояние между атомами (молекулами).

Опыт
Рис. 2.32.  Опыт, иллюстрирую­щий тепловое расширение твер­дых тел: а — в нагретом состоя­нии шарик не проходит сквозь кольцо; б —  после охлаждения шарик проходит сквозь кольцо

Соответственно, увеличивает­ся объем тела. И наоборот, чем ниже температура вещества, тем меньше межмолекулярные промежутки. Исключением является вода, чугун и некоторые дру­гие вещества. Вода, например, расширяется только при температуре выше 4 °С; при температуре от О 0C до 4 0C объем воды во время нагревания уменьшается.


3. Характеризуем тепловое расширение твердых тел

Выясним, как изменяются линейные размеры твердого тела вследствие изменения температуры. Для этого измерим длину алюминиевой трубки, по­том нагреем  трубку,  пропуская  сквозь  нее  горячую  воду.  Спустя  некоторое время можно заметить,  что длина трубки незначительно увеличилась.

Заменив алюминиевую трубку стеклянной такой же длины,  мы убедим­ся,  что  в  случае  одинакового  увеличения  температуры  длина  стеклянной трубки увеличивается намного меньше, чем длина алюминиевой. Таким об­разом,  делаем  вывод:  тепловое расширение тела  зависит  от  вещества,  из которого  оно изготовлено.

Физическая величина,  характеризующая  тепловое  расширение  материала и численно  равная отношению  изменения длины  тела  вследствие его  нагрева­ния  на  I  °С  и  его  начальной  длины,  называется  температурным  коэффициен­том линейного  расширения.

Температурный  коэффициент  линейного  расширения  обозначается  сим­волом а и  вычисляется по формуле:

Формула

Формула

Из  определения  температурного  коэффициента  линейного  расширения можно получить единицу этой физической величины:

Формула


Ниже  в  таблице  приведены  температурные  коэффициенты  линейного расширения некоторых веществ.

Тепературные коэффициенты линейного расширения некоторых  веществ

Тепературные коэффициенты линейного расширения некоторых  веществ


4. Знакомимся с тепловым расширением в природе и технике

Способность  тел  расширяться  во  время нагревания  и  сжиматься  во  время  охлажде­ния  играет  очень  важную  роль  в  природе.  По­верхность  Земли  прогревается  неравномерно. В  результате  воздух  вблизи  Земли  также  рас­ширяется  неравномерно,  и  образуется  ветер, предопределяющий  изменение  погоды.  Нерав­номерное прогревание воды  в морях и  океанах приводит  к  возникновению  течений,  которые существенно  влияют  на  климат.  Резкие  коле­бания  температуры  в  горных  районах  вызыва­ют  расширение  и  сжатие  горных  пород.  А  по­скольку  степень  расширения  зависит  от  вида породы,  то  расширения  и  сжатия  происходят неравномерно,  и  в  результате  образуются  тре­щины,  которые  приводят  к  разрушению  этих пород.

Тепловое расширение  приходится  прини­мать  во  внимание  при  строительстве  мостов и  линий  электропередач,  прокладывании  труб отопления,  укладке  железнодорожных  рельсов,  изготовлении  железобетонных  конструк­ций и  во многих других  случаях.

Явление теплового расширения широко ис­пользуется  в  технике  и  быту.  Так,  для  авто­матического  замыкания  и  размыкания  элект­рических  цепей  используют  биметаллические пластинки —  они  состоят  из двух полос  с  раз­ным  коэффициентом  линейного  расширения (рис.  2.33).  Тепловое  расширение  воздуха  по­могает  равномерно  прогреть  квартиру,  охла­дить  продукты  в  холодильнике,  проветрить комнату.

Для изготовления авто­матических предохранителей

Рис. 2.33.  Для изготовления авто­матических предохранителей (а), для автоматического включения и выключения нагревательных приборов (б) широко используют­ся биметаллические пластинки (в). Один из металлов при увеличении температуры расширяется намно­го больше, чем другой, в результа­те этого пластинка изгибается (г) и электрическая цепь размыкает­ся (или замыкается)


5.  Учимся решать задачи

Задача. Длина  стального  железнодорожного рельса  при  температуре  О оC  равна  8  г. На сколько увеличится его длина в зной­ный летний день при температуре 40 °С?

Анализ  условия  задачи.  Зная,  как  изменя­ется  длина  стальной  детали  вследствие  нагре­вания  на  1 °С,  т.  е.  зная  температурный  ко­эффициент  линейного  расширения  стали,  мы найдем, на сколько изменится длина рельса вследствие нагревания на 40 °С. Температурный  коэффициент  линейного  расширения  стали  найдем  по  таб­лице,  приведенной  выше.

Задача


  • Подводим итоги

Твердые  тела,  жидкости  и  газы  во  время  нагревания,  как  правило, расширяются.  Причина  теплового  расширения  в  том,  что  с  увеличением температуры  увеличивается  скорость  движения  атомов  и  молекул.  В  ре­зультате  увеличивается  среднее  расстояние  между  атомами  (молекулами). Тепловое расширение твердых веществ характеризуется коэффициентом ли­нейного расширения.  Коэффициент линейного  расширения численно  равен отношению изменения длины  тела  вследствие нагревания  его  на 1оC  и  его начальной длины  Формула


  • Контрольные вопросы

1.  Приведите примеры,  подтверждающие,  что  твердые  тела,  жидкос­ти и  газы расширяются во время нагревания. 

2.  Опишите опыт,  де­монстрирующий тепловое расширение жидкостей. 

3.  В чем причина увеличения объема тел во время нагревания? 

4.  От чего,  кроме тем­пературы,  зависит  изменение  размеров  тел  во  время  их  нагревания (охлаждения)? 

5.  В  каких  единицах  измеряется  коэффициент  ли­нейного расширения?


  • Упражнения

1. Выберите все правильные  ответы. Когда тело  охлаждается,  то:

а)  скорость движения  его молекул уменьшается;
б) скорость движения  его молекул увеличивается;
в) расстояние между его молекулами уменьшается;
г) расстояние между его молекулами увеличивается.

2.  Как  изменится  объем  воздушного шарика,  если  мы  перенесем  его из холодного помещения в теплое? Почему?
3. Что происходит с расстояниями между частичками жидкости в тер­мометре в  случае похолодания?
4.  Правильным  ли  является  утверждение,  что  во  время  нагревания тело увеличивает  свои  размеры,  так  как  размеры  его молекул уве­личиваются? Если  нет,  предложите  свой,  исправленный,  вариант.
5 . Зачем  на  точных  измерительных  приборах  указывают  темпера­туру?
6.  Вспомните  опыт  с  медным шариком,  который  вследствие  нагрева­ния  застревал  в  кольце  (см.  рис. 2.32).  Как  изменились  вследствие нагревания:  объем  шара;  его  масса;  плотность;  средняя  скорость движения атомов?
7.  После  того  как  пар  кипящей  воды  пропустили  через  латунную трубку,  длина трубки увеличилась на  1,62 мм. Чему равен коэффи­циент  линейного  расширения  латуни,  если  при  температуре  15 0C
длина  трубки  равна  1 м?  Напоминаем,  что  температура  кипящей воды  равна  100 °С.
8.  Платиновый провод длиной  1,5 м находился при  температуре 0 °С. Вследствие  пропускания  электрического  тока  провод  раскалился и  удлинился на  15 мм. До какой температуры он был нагрет?
9.  Медный лист прямоугольной формы,  размеры  которого при  темпе­ратуры  20 0C  составляют  60  см х 50  см,  нагрели  до  600 °С.  Как  из­менилась площадь листа?


  • Экспериментальные задания 

1. Как,  имея  дощечку,  молоток,  два  гвоздика,  спиртовку  и  пинцет, показать,  что  размер  монеты  в  5  копеек  во  время  нагревания  уве­личивается? Выполните соответствующий опыт.  Объясните наблю­даемое явление.

2. Наполните бутылку водой  так,  чтобы внутри  остался пузырек  воз­духа. Нагрейте  бутылку в  горячей  воде.  Проследите,  как изменят­ся размеры пузырька. Объясните результат..


Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
1236084776 kr.jpg конспект урока и опорный каркас
1236084776 kr.jpg презентация урока
1236084776 kr.jpg интерактивные технологии 
1236084776 kr.jpg акселеративные методы обучения

Практика
1236084776 kr.jpg тесты, тестирование онлайн
1236084776 kr.jpg задачи и упражнения 
1236084776 kr.jpg домашние задания
1236084776 kr.jpg практикумы и тренинги
1236084776 kr.jpg вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
1236084776 kr.jpg видео- и аудиоматериалы
1236084776 kr.jpg фотографии, картинки 
1236084776 kr.jpg графики, таблицы, схемы
1236084776 kr.jpg комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
1236084776 kr.jpg рефераты
1236084776 kr.jpg шпаргалки 
1236084776 kr.jpg фишки для любознательных 
1236084776 kr.jpg статьи (МАН)
1236084776 kr.jpg литература основная и дополнительная
1236084776 kr.jpg словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
1236084776 kr.jpg исправление ошибок в учебнике
1236084776 kr.jpg замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
1236084776 kr.jpg календарные планы
1236084776 kr.jpg учебные программы
1236084776 kr.jpg методические рекомендации  
1236084776 kr.jpg обсуждения

New2.jpg Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.