Тепловое расширение
Тепловое расширение — это изменение размеров и объёма тела при изменении его температуры. Обычно при нагревании тело расширяется, а при охлаждении сжимается.
Тепловое расширение относится к явлениям теплопередачи и наблюдается у твёрдых тел, жидкостей и газов. У твёрдых тел обычно рассматривают изменение длины и объёма, у жидкостей — главным образом изменение объёма, а у газов расширение особенно заметно и зависит также от давления.
При одинаковом повышении температуры разные вещества расширяются неодинаково: это зависит от коэффициента теплового расширения. Поэтому металлические детали, жидкости и газы нельзя считать одинаковыми с точки зрения расширения.
Основные формулы
Для удлинения стержня используют закон линейного расширения. Для изменения объёма применяют формулу объёмного расширения:
Здесь \(l_0\) и \(V_0\) — начальные длина и объём, а \(\Delta T=T-T_0\) — изменение температуры. Конечные значения находят так: \(l=l_0+\Delta l\) и \(V=V_0+\Delta V\).
Металлический стержень длиной \(2\ м\) нагрели на \(50\ К\). Если \(\alpha=1{,}2\cdot10^{-5}\ К^{-1}\), то \(\Delta l=1{,}2\cdot10^{-5}\cdot2\cdot50=0{,}0012\ м=1{,}2\ мм\). Стержень стал длиннее на \(1{,}2\ мм\).
Тепловое расширение — это не количество теплоты. Количество теплоты характеризует энергию, переданную телу, а расширение описывает изменение его размеров. У воды есть особенность: в интервале от \(0\) до \(4\ ^\circ\mathrm{C}\) при нагревании её объём уменьшается.
Что произойдёт с длиной металлического стержня при нагревании?
Главное
- При нагревании большинство тел расширяется, при охлаждении — сжимается.
- Для длины используют \(\Delta l=\alpha l_0\Delta T\), для объёма — \(\Delta V=\beta V_0\Delta T\).
- Расширение зависит от вещества и не равно количеству переданной теплоты.