Тепловое расширение. Примеры из жизни.

Видео 15. Тепловое расширение.
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.

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.

Обвалившиеся в Сиракьюсе плиты

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.

Мост Веррацано-Нарроус

Температура. Термометр.

Видео 16. Температура. Термометр.

Мы прекрасно понимаем, что температура характеризует степень нагретости тела. И чем выше температура, тем больше скорость движения частиц. Как мы узнали, это влияет ещё и на размеры тел.

Скорость молекул непосредственно связана с внутренней энергией всего тела. Получается, чем выше температура, тем больше внутренняя энергия. И наоборот, если температура невысока, то и частицы двигаются медленно, что соответствует низкой энергии.

Температура характеризует внутреннюю энергию тел.

А как измеряется температура?

Устройство и действие самого простого термометра было основано на тепловом расширении вещества. Термометр представлял собой стеклянный баллончик, соединенный с тонкой трубкой. Баллончик заполнялся ртутью или подкрашенным спиртом. Контрольными точками брались температура кипения воды и таяния льда. Но точность такого термометра не очень хороша, особенно если использовать воду.

По такому же принципу работает ртутный термометр, но его точность высока, благодаря небольшому диапазону температур.

Посмотрите статью о том, как можно сделать термометр своими руками. Используйте интернет и свою фантазию и придумайте самый надежный термометр.

Поделитесь результатами в чате, нам очень интересно посмотреть, что у вас получилось.

Задания

1. Выберите ложный факт о Д.И. Менделееве.
а. Родился в семье, где было 17 детей.
б. По красивой истории, ему приснилась та самая таблица. Но он и сам опроверг это.
в. Менделеев всегда мечтал стать музыкантом, но всё же выбрал науку.
г. Он занимался не только химией, но был экспертом во многих областях.

2. Трещины на поверхности скал чаще всего появляются в жаркий летний день. Почему?
а. Вода испаряется с поверхности скал, они становятся сухими и трескаются.
б. Из теплового расширения, скалы расширяются и создают внутри большое давление.
в. Это лишь совпадения.

3. Попробуйте провести эксперимент. Возьмите пустую пластиковую бутылку и поместите ее в морозилку на 10 минут. Что вы увидите, когда ее достанете?
а. Ничего не изменится.
б. Бутылка сожмется.
в. Бутылка надуется ещё больше.

4. Как можно объяснить результаты прошлого опыта?
а. Ничего не произошло, значит и нечего объяснять.
б. Температура воздуха в бутылке становится ниже, значит воздух сжимается.
в. Не могу объяснить.