Теория:
Термическим расширением называется изменение размеров и объёма тела под воздействием температуры.
При изменении температуры изменяются размеры твёрдых тел. Расширение под воздействием температуры характеризуется коэффициентом линейного термического расширения.
Изменение линейных размеров тела описывается формулой: , где:
— длина тела;
— первоначальная длина тела;
— коэффициент линейного термического расширения;
— разница температур.
Коэффициент линейного термического расширения показывает, на какую часть первоначальной длины или ширины изменится размер тела, если его температура повысится на \(1\) градус.
Пример:
\(10\) км железнодорожного пути при увеличении температуры воздуха на \(9\) градусов (например, от \(-5\) до \(+4\)) удлиняются на метра. По этой причине между участками рельсов оставляют промежутки.
Термическое расширение надо учитывать и в трубопроводах, там используются компенсаторы — изогнутые трубы, которые при изменении температуры воздуха при необходимости могут сгибаться.
Инженерам, проектирующим мосты, оборудование, здания, которые подвержены изменениям температуры, необходимо знать, какие материалы можно соединять, чтобы не образовались трещины.
Электрикам, которые протягивают линии электропередачи, необходимо знать, каким изменениям температуры будут подвержены провода. Если летом провода натянуты, то зимой они оборвутся.
При термическом расширении металлов используют автоматические выключатели тепловых приборов. Этот выключатель состоит из двух плотно соединённых пластин различных металлов (с различными термическими коэффициентами).
С изменением линейных размеров изменяется также и объём тела. Изменение объёма тела описывается формулой, похожей на формулу линейного расширения, только вместо коэффициента линейного термического расширения используется коэффициент объёмного термического расширения.
Изменение объёма тела под воздействием температуры описывается формулой: , где:
— объём тела;
— первоначальный объём тела;
— коэффициент объёмного термического расширения;
— разница температур.
Коэффициент объёмного термического расширения показывает, на какую часть первоначального объёма изменится объём тела после повышения температуры на \(1\) градус.
Вещество | Коэффициент объёмного расширения , |
Бензин | \(0,001250\) |
Ртуть... | \(0,000181\) |
Эфир | \(0,001650\) |
Глицерин | \(0,000505\) |
Нефть | \(0,000850\) |
Керосин | \(0,000900\) |
Спирт | \(0,001100\) |
Вода | \(0,000208\) |
Пример:
если объём спирта при температуре равен , то при температуре его объём увеличится на
Из формулы изменения объёма следует, что при повышении температуры объём жидкости увеличивается, но вода в очередной раз отличилась своими уникальными свойствами, так как при нагревании воды до определённой температуры она не расширяется, а сжимается (рис. \(2\)).
 Рис. \(1\). Изменение объёма в зависимости от температуры |
При нагревании воды с температуры таяния льда вначале у неё уменьшается объём, и только после её объём начинает увеличиваться |
Источники:
Рис. 1. Изменение объёма в зависимости от температуры. © ЯКласс.