Тепловое расширение. Примеры из жизни.
Частицы постоянно движутся, и чем выше температура, тем быстрее их движение. Но при увеличении скорости частиц увеличивается и расстояние между ними, что приводит к увеличению размеров тела.
Изменение размеров тела при его нагревании называется тепловым расширением.
Вы когда-нибудь видели, как трескается стеклянная банка или стакан от кипятка? Дело здесь как раз в тепловом расширении. Стекло довольно плохо проводит тепло (поэтому в наших окнах стоят стекла, светло и тепло одновременно). Так вот, часть стекла нагревается до 100 градусов и расширяется, а другая часть не успевает нагреться. В итоге стекло трескается из-за перепада температур, т.е. теплового расширения.
Тепловое расширение является очень важным фактором в инженерном деле. Если лопающийся стакан не такая большая проблема, то вот обвал моста или разрыв сети электроснабжения – это уже серьезный вопрос.
Если вы когда-нибудь обратите внимание на сети электроснабжения, то заметите, что они слегка провисают. Их вешают именно таким образом, чтоб провод мог свободно сжиматься зимой, так как после теплого времени года проходит эффект теплового расширения.
Представьте, летом провод натянули, а зимой или даже холодной ночью он уже может порваться.
Тепловое расширение важно учитывать и при строительстве мостов. Например, в июле 2018 года в городе Сиракьюс (США) произошел обвал железнодорожного моста. Причиной обвала инженеры назвали тепловое расширение бетона и стали, вызванное самым жарким за 107 лет июлем в городе. В ходе этого происшествия обвалились две бетонные плиты, каждая из которых была 14 метров в длину и 2 метра в высоту, а также каждая весила около 30 тонн.
Обвалившиеся в Сиракьюсе плиты
Еще одним интересным фактом является провисание моста Веррацано-Нарроус. Этот мост находится в США и является одним из крупнейших висячих мостов в мире, длина центрального висячего пролета моста составляет 1298 метров, а общая длина – 4176 метров. Из-за теплового расширения, которое влияет на удерживающие висячий мост тросы, высота шоссе на мосту становится на 3,66 метра ниже летом, чем зимой.
Особая проблема температурного расширения металла ощущается на железнодорожных путях. Примерно через каждые 25 м в местах соединений рельсов длиной 1000 метров и более используют температурный компенсатор, изображенный на рисунке.