Тепловое расширение жидкостей
Тепловое расширение жидкостей — это увеличение их объёма при повышении температуры. При охлаждении объём обычно уменьшается, поэтому изменение температуры жидкости учитывают в термометрах, измерительных приборах и инженерных конструкциях.
Формула
Для небольшого изменения температуры объём жидкости рассчитывают по формуле, являющейся частным случаем теплового расширения:
Здесь \(\Delta V\) — изменение объёма, \(V_0\) — начальный объём, \(\Delta T=T-T_0\) — изменение температуры, а \(\beta\) — коэффициент объёмного расширения жидкости. В СИ \(\beta\) измеряется в \(\mathrm{K^{-1}}\). Конечный объём равен \(V=V_0+\Delta V\).
В сосуде находится \(1\ л\) жидкости. При нагревании на \(20\ ^\circ\mathrm{C}\) её коэффициент расширения равен \(0{,}001\ ^\circ\mathrm{C^{-1}}\). Тогда \(\Delta V=0{,}001\cdot1\cdot20=0{,}02\ л\), а конечный объём составит \(1{,}02\ л\). Поэтому полностью заполненный сосуд может переполниться.
Расширяется не только жидкость, но и сосуд. Наблюдаемое изменение уровня в сосуде определяется разностью расширений жидкости и стенок. Кроме того, вода ведёт себя необычно: от \(0\) до \(4\ ^\circ\mathrm{C}\) она при нагревании сжимается, а при охлаждении расширяется; наибольшая плотность воды достигается при \(4\ ^\circ\mathrm{C}\).
Именно расширение жидкости используют в жидкостных термометрах: при нагревании жидкость поднимается в узкой трубке. В системах отопления и трубопроводах оставляют свободное пространство или устанавливают расширительные баки. Расчёты, где одновременно учитывают полученное и отданное тепло, относятся к расчёту теплопередачи, а изменение плотности жидкости связано с её объёмом: \(\rho=\frac{m}{V}\).
Что произойдёт с объёмом большинства жидкостей при повышении температуры?
Главное
- Большинство жидкостей при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается.
- Изменение объёма находят по формуле \(\Delta V=\beta V_0\Delta T\).
- При расчётах учитывают расширение сосуда; вода в диапазоне от 0 до 4 °C имеет аномальное поведение.