Тепловое расширение твёрдых тел
Тепловое расширение твёрдых тел — это изменение их размеров при изменении температуры. Обычно при нагревании тело расширяется, а при охлаждении сжимается, потому что увеличивается или уменьшается среднее расстояние между частицами вещества.
Различают линейное расширение — изменение длины тела, и объёмное расширение — изменение его объёма. В кристаллах расширение может быть неодинаковым по разным направлениям, но в школьных задачах обычно рассматривают однородное тело.
Формулы
При небольшом изменении температуры изменение длины находят по формуле линейного расширения:
Здесь \(L_0\) — начальная длина, \(\Delta L\) — изменение длины, \(\Delta T=T-T_0\) — изменение температуры, а \(\alpha\) — коэффициент линейного расширения материала. Новая длина равна \(L=L_0+\Delta L\). Для объёма используют зависимость \(\Delta V=\beta V_0\Delta T\).
Стальной стержень длиной \(2\ м\) нагрели на \(50\ К\). Если \(\alpha=1{,}2\cdot10^{-5}\ К^{-1}\), то \(\Delta L=1{,}2\cdot10^{-5}\cdot2\cdot50=0{,}0012\ м\), то есть стержень удлинился на \(1{,}2\ мм\).
Тепловое расширение — это не плавление и не разрушение тела. При расширении агрегатное состояние обычно сохраняется, а изменяются расстояния между частицами. Само изменение температуры также не равно изменению длины: связь между ними задаётся коэффициентом \(\alpha\).
Что произойдёт с длиной металлической проволоки при охлаждении, если её состояние не меняется?
Главное
- Тепловое расширение — изменение размеров твёрдого тела при изменении температуры.
- При нагревании большинство твёрдых тел расширяется, при охлаждении — сжимается.
- Для длины используют формулу \(\Delta L=\alpha L_0\Delta T\), где \(\alpha\) зависит от материала.