Контрольні запитання
1. Наведіть приклади на підтвердження того, що тверді тіла, рідини й гази розширюються під час нагрівання.
При нагріванні металеві рейки подовжуються, тому між ними залишають зазори; рідини піднімаються в термометрі; повітря в нагрітій кульці розширюється і виходить через трубочку у вигляді бульбашок у воді.
2. Опишіть досліди, які демонструють теплове розширення газів, рідин, твердих тіл.
Газ: колбу з повітрям і трубочкою опускають у воду та підігрівають — з’являються бульбашки, бо об’єм газу зростає;
Рідина: капілярний термометр — при нагріванні рівень рідини піднімається;
Тверде тіло: біметалева пластинка вигинається при нагріванні або кулька, що проходила крізь кільце, після нагрівання не проходить.
3. У чому причина збільшення об’єму тіл під час нагрівання?
Частинки рухаються швидше, середні відстані між ними збільшуються, тому тіло займає більший об’єм при тій самій масі.
4. Які особливості теплового розширення води?
Вода має аномалію: від 0 °C до 4 °C її об’єм зменшується (щільність зростає), а вище 4 °C — об’єм зростає.
5. Наведіть приклади застосування теплового розширення в техніці, побуті.
Компенсаційні шви в мостах і рейках; петлі зигзагом у трубопроводах; біметалеві термореле; ртутні й спиртові термометри; запас зазорів у кришках і підшипниках.
Вправа №11
1. Виберіть усі правильні закінчення речення.
Коли тіло охолоджується, то зменшується:
а) швидкість руху його частинок; б) відстань між його частинками;
2. Як зміниться об’єм повітряної кульки, якщо її перенести з холодного приміщення в тепле? Поясніть свою відповідь.
Об’єм повітряної кульки в теплому приміщенні збільшиться, бо з підвищенням температури зростає середня відстань між частинками газу і тіло розширюється.
3. Згадайте дослід із мідною кулькою, яка в результаті нагрівання застрягає в кільці (див. рис. 11.2). Як змінюються внаслідок нагрівання об’єм, маса, густина кульки; середня швидкість руху частинок кульки?
Під час нагрівання мідної кульки:
- об’єм збільшується;
- маса не змінюється;
- густина зменшується бо $\rho = m/V$,
- середня швидкість руху частинок зростає.
4. Уявіть, що термометр для вимірювання температури на вулиці замість спирту заповнили водою. Чи буде такий термометр зручним?
Термометр з водою незручний: вода має аномалію від +4°C до 0°C і може замерзати при 0°C , тому шкала буде спотворена й виміряти мінусову температуру не вийде.
5. Чому на точних вимірювальних приладах зазначають температуру?
На точних приладах вказують температуру, бо розміри деталей змінюються з температурою, що впливає на покази. Щоб вимірювання були максимально точними, їх потрібно проводити при тій температурі, яка вказана на приладі, адже саме для неї відкалібрована його шкала.
6. Якщо в холодну скляну банку налити окріп (або навпаки — налити холодну воду в гарячу банку), банка може тріснути. Поясніть це з погляду теплового розширення тіл.
Банка тріскає через нерівномірне теплове розширення: гаряче скло поруч з окропом розширюється, холодні ділянки — ні, виникають напруги, що перевищують міцність скла.
7. Металева кулька падає на підлогу з деякої висоти. Які перетворення механічної енергії відбуваються під час падіння кульки? Куди «зникає» механічна енергія кульки після удару об підлогу?
Падіння кульки: потенціальна енергія перетворюється на кінетичну, а після удару механічна енергія переходить у внутрішню енергію (нагрів, деформації) і частково у звук.