Fizyka w Wicku
licznik odwiedzin:
3. Rozszerzalność temperaturowa ciał
Pod wpływem zmiany temperatury, każda substancja (ciało) zmienia swoją objętość (długość). Wraz ze wzrostem temperatury większość substancji zwiększa swoją objętość (długość).
Rozszerzalność temperaturowa ciał - jest to zjawisko polegające na zmianie objętości ciała pod wpływem temperatury.
Przykłady rozszerzalności temperaturowej ciał:
- połączenia szyn kolejowych i stalowe konstrukcje mostów wymagają
- kable telefoniczne i elektryczne w instalacjach napowietrznych
- płytki bimetalowe w wyłącznikach termostatycznych (np. w żelazku, lodówce)
- ciecz w termometrze
- balon zwiększa swoje rozmiary i może pęknąć, gdy z zimnego otoczenia przyniesiemy go do ciepłego pokoju.
Rozszerzalność liniowa ciał stałych:
Pod wpływem temperatury ciała stałe zmieniają swoją długość. Długość ciał wzrasta, gdy temperatura rośnie (np. w lato kable linii energetycznych wydłużają się). Każda substancja pod wpływem tej samej różnicy temperatur zmienia swoją długość w różnym stopniu co wykorzystano w bimetalach. Fakt niejednakowego rozszerzania się metali wykorzystujemy w automatycznych czujnikach regulacji temperatury (np. żelazko)
Rozszerzalność objętościowa ciał stałych:
Pod wpływem temperatury ciecze zmieniają swoją objętość. Objętość prawie wszystkich cieczy wzrasta, gdy temperatura rośnie. Każda substancja pod wpływem tej samej różnicy temperatur zmienia swoją objętość w różnym stopniu. Zjawisko zmiany objętości cieczy wykorzystano w termometrach.
Termometr cieczowy składa się z pojemniczka na ciecz połączonego z bardzo cienką rurką tzw. kapilarą oraz skali(dzięki której możemy odczytać ile wynosi temperatura, którą mierzyliśmy). Niewypełniona cieczą część kapilary jest opróżniona z gazów i zatopiona od góry, aby ciecz z termometru nie wyparowała, albo się nie wylała. Podczas ogrzania słupek cieczy w rurce termometru podnosi się, a po schłodzeniu opada. W budowie tego typu termometrów wykorzystano rozszerzalność objętościową cieczy.
Anomalna rozszerzalność wody:
Prawie wszystkie substancje zwiększają swoją objętość wraz ze wzrostem temperatury. Woda zmniejsza swoją objętości w miarę wzrostu temperatury w przedziale od 0 stopni Celsjusza do 4 stopni Celsjusza - nazwano to zjawisko anomalną rozszerzalnością wody. Jednocześnie w tym przedziale temperatur rośnie jej gęstość. Podgrzewając wodę od 4 stopni Celsjusza wzwyż, rośnie jej objętość a maleje gęstość (tak zachowuje się większość substancji). Poniżej wykres objętości wody w zależności od temperatury:
Fakt, że w temperaturze 4 stopni Celsjusza woda wykazuje największą gęstość, ma znaczenie dla utrzymania życia organicznego w wodzie w podczas mrozów w zimie. Woda w zbiornikach naturalnych chłodzi się. Po osiągnięciu temperatury 4 stopnie Celsjusza ma największą gęstość i opada na dno zbiornika wodnego, a woda chłodniejsza o mniejszej gęstości wypływa na powierzchnię. Proces ten trwa aż do osiągnięcia temperatury 0 stopnia Celsjusza. Wtedy woda zaczyna zamarzać, a lód, który ma gęstość jeszcze mniejszą niż woda znajduje się na powierzchni zbiornika. Pod warstwą lodu, blisko dna, temperatura wody utrzymuje się na poziomie około 4 stopni Celsjusza, zapewniając rybom i innym zwierzętom odpowiednie warunki do przeżycia.
Zjawisko rozszerzania wody jest też szkodliwe w skutkach. W zimie, jeżeli temperatura wody spadnie poniżej 4 stopni Celsjusza może nastąpić rozerwanie rur wodociągowych czy grzejników. Zjawisko rozszerzalności objętościowej powoduje też rozsadzanie skał (tzw. wietrzenie skał).
Rozszerzalność objętościowa gazów:
Gazy podobnie jak ciała stałe i ciecze pod wpływem temperatury zwiększają swoja objętość. Ogrzewanie gazu prowadzi do wzrostu objętości, co przy stałej masie powoduje zmniejszenie gęstości. Ogrzany gaz wypływa do góry, a jego miejsce zajmuje chłodny gaz o większej gęstości. Tworzą się tzw. prądy konwekcyjne. Ruch taki wykorzystuje się w centralnym ogrzewaniu w domkach jednorodzinnych.
Balony unoszą się dzięki ciepłemu powietrzu, które podgrzane zmniejsza swoją gęstość. Zgodnie z prawem Archimedesa balon unosi się do góry
Ogrzane powietrze tworzy silne prądy wznoszące wykorzystywane przez pilotów latających na szybowcach
