Zjawisko rozszerzalności cieplnej: liniowej ciał stałych oraz objętościowej gazów i cieczy- Zadanie 6.25: Baza wiedzy - Fizyka

Tutaj pojawi się lista Twoich książek

Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.

Rozwiązanie


wiedza podstawowa	ważne informacje - zapamiętaj!	ważny wzór - zapamiętaj!	kliknij i otwórz przykładowe zadanie

Rozszerzalność cieplna

Ciało stałe, które ma swój kształt oraz rozmiar, składa się cząsteczek, które są ułożone w stałej odległości od siebie. Cząsteczki te mogą jedynie drgać względem położenia równowagi. W wyniku zwiększenia temperatury ciała stałego cząsteczki zyskują energię, która powoduje zwiększenie amplitudy drgań. Skutkiem tego jest zwiększenie odległości pomiędzy cząsteczkami, a co za tym idzie, zwiększenie wymiarów ciała, które staje się dłuższe, szersze oraz wyższe.

Zwiększenie temperatury ciała stałego spowoduje zwiększenie wymiarów ciała stałego, czyli jego długości, szerokości oraz wysokości. Zjawisko to nazywamy rozszerzalnością liniową ciał stałych. W przypadku zmniejszenia temperatury rozmiary ciała stałego zmniejszają się.

Wartość o jaką zmieni się jeden z wymiarów ciała stałego opisuje wzór:

$Δ l = α l_{0} Δ T$

gdzie:

$Δ l$ - zmiana długości,

$α$ - współczynnik rozszerzalności liniowej ciała,

$l_{0}$ - początkowa długość ciała,

$Δ T$ - zmiana temperatury ciała.

Przykładem zastosowania zjawiska rozszerzalności liniowej ciał stałych są linie energetyczne, które w lecie zwisają, ponieważ w wyniku wzrostu temperatury ich długość zwiększyła się. Natomiast w zimie linie te są naprężone, ponieważ obniżenie temperatury powoduje zmniejszenie ich rozmiarów.

Cząsteczki w cieczach są w ciągłym ruchu, który jest bardzo złożony. Możemy podzielić go na dwie części: drgania oraz powolny ruch po całej objętości ciała. Wraz ze wzrostem temperatury ich energia kinetyczna zaczyna rosnąć przez co poruszają się z coraz większą szybkością. Wpływa to również na amplitudę drgań cząsteczek. Zwiększająca się amplituda drgań oznacza, że odległości pomiędzy cząsteczkami zaczynają rosnąć powodując niewielki wzrost objętości cieczy.

Analogiczna sytuacja zachodzi w przypadku cząsteczek gazu. Wiemy, że poruszają się one chaotyczne w każda ze stron z pewną szybkością raz na jakiś czas zderzając się ze sobą. Wzrost temperatury powoduje wzrost energii kinetycznych cząsteczek, a co za tym idzie, również wzrost szybkości. Jeżeli gaz jest zamknięty w naczyniu to wzrost temperatury spowoduje, że z większą siłą cząsteczki zaczną uderzać (oddziaływać) na ścianki naczynia. Spowoduje to zwiększenie ciśnienia gazu w naczyniu. Jednakże jeżeli chcemy zachować takie samo ciśnienie gazu to musimy zwiększyć objętość naczynia.

Widzimy więc, że zwiększenie temperatury powoduje zwiększenie objętości cieczy oraz gazów.

Zwiększenie temperatury cieczy lub gazu powoduje zwiększenie objętości. W przypadku zmniejszenia temperatury sytuacja jest odwrotna, czyli zmniejszając temperaturę cieczy lub gazu objętość się zmniejsza. Zjawisko to nazywamy objętościową rozszerzalnością cieplną.

Wartość o jaką zmieni się objętość cieczy lub gazu w wyniku zmiany temperatury opisuje wzór:

$Δ V = β V_{0} Δ T$

gdzie:

$Δ V$ - zmiana objętości ciała,

$β$ - współczynnik rozszerzalności objętościowej ciała,

$V_{0}$ - początkowa objętość ciała,

$Δ T$ - zmiana temperatury ciała.

Mateusz Bajda

Nauczyciel fizyki

Tutaj pojawi się lista Twoich książek

Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.

Rozwiązanie


wiedza podstawowa	ważne informacje - zapamiętaj!	ważny wzór - zapamiętaj!	kliknij i otwórz przykładowe zadanie

Rozszerzalność cieplna

Wartość o jaką zmieni się jeden z wymiarów ciała stałego opisuje wzór:

$Δ l = α l_{0} Δ T$

gdzie:

$Δ l$ - zmiana długości,

$α$ - współczynnik rozszerzalności liniowej ciała,

$l_{0}$ - początkowa długość ciała,

$Δ T$ - zmiana temperatury ciała.

Widzimy więc, że zwiększenie temperatury powoduje zwiększenie objętości cieczy oraz gazów.

Wartość o jaką zmieni się objętość cieczy lub gazu w wyniku zmiany temperatury opisuje wzór:

$Δ V = β V_{0} Δ T$

gdzie:

$Δ V$ - zmiana objętości ciała,

$β$ - współczynnik rozszerzalności objętościowej ciała,

$V_{0}$ - początkowa objętość ciała,

$Δ T$ - zmiana temperatury ciała.

Mateusz Bajda

Nauczyciel fizyki