§11. Залежність розмірів фізичних тіл від температури

§11. Залежність розмірів фізичних тіл від температури
Фізика 8 клас · Бар'яхтар, 2025 · Розділ 2. Внутрішня енергія. Теплові явища
Що таке теплове розширення?
Основне визначення
Теплове розширення — збільшення розмірів тіла при нагріванні.
Нагрівання
Швидкість руху частинок зростає → середня відстань між ними збільшується → тіло розширюється
Охолодження
Відстань між частинками зменшується → тіло стискується
Теплове розширення твердих тіл
Дослід із кулькою і кільцем
Холодна мідна кулька вільно проходить крізь кільце. Після нагрівання — застрягає, бо збільшилась у розмірах.
Рівномірне розширення
Тверді тіла розширюються рівномірно в усіх напрямках — по довжині, ширині та висоті.
Залежність від матеріалу
Різні речовини розширюються по-різному — залежно від хімічного складу та будови матеріалу.
Теплове розширення рідин і газів
🧪 Рідини
Колба з підфарбованою водою: при нагріванні рівень у трубці підвищується.
💨 Гази
Колба з повітрям: при нагріванні повітря виходить бульбашками з трубки під водою.
⚠️ Виняток — Вода
Від 0 °С до 4 °С вода розширюється при охолодженні — аномальна поведінка!
Гази розширюються значно більше, ніж рідини та тверді тіла при однаковій зміні температури.
Аномалія води
Унікальна властивість
Більшість речовин при охолодженні стискуються. Але вода від 0 до 4 °С поводиться інакше — вона розширюється при охолодженні.
При 4 °С — найбільша густина
Найщільніша вода опускається на дно водойми.
Річки не промерзають до дна
Лід утворюється на поверхні, під ним зберігається рідка вода ~4 °С — рятуючи водних мешканців.
Формула лінійного розширення
Приріст довжини
Δl = α · l₀ · Δt
де Δl — збільшення довжини тіла при нагріванні
Кінцева довжина
l = l₀ · (1 + α · Δt)
де l — довжина тіла після нагрівання
Позначення
α — коефіцієнт лінійного розширення (1/°С)
l₀ — початкова довжина
Δt — зміна температури
Пояснення теплового розширення через МКТ
Молекулярно-кінетична теорія
01
Зростання температури
Збільшується швидкість руху частинок — молекул і атомів речовини.
02
Збільшення відстані
Зростає середня відстань між частинками внаслідок сильніших коливань.
03
Розширення тіла
Як наслідок — збільшується об'єм тіла. Ступінь розширення залежить від речовини.
Застосування теплового розширення в техніці
Біметалева пластинка
Автоматичне вимикання електроприладів — два метали розширюються по-різному, пластина згинається і розмикає коло.
Рідинний термометр
Рідина розширюється при нагріванні — рівень у трубці змінюється, показуючи температуру.
Теплові двигуни
Газ або пара розширюється і виконує механічну роботу — основа роботи двигунів.
Термостат в автомобілі
Регулює подачу охолоджувальної рідини залежно від температури двигуна.
Врахування теплового розширення в будівництві
Залізничні рейки
Між рейками залишають зазори, щоб уникнути деформації та вигину при нагріванні влітку.
Мости та будівлі
Деформаційні шви між секціями конструкцій дозволяють їм вільно розширюватися і стискатися.
Дроти ЛЕП
Влітку проводи провисають більше, ніж взимку — через теплове розширення металу.
Скляна банка
Може тріснути від окропу — внутрішні шари розширюються швидше за зовнішні, виникає напруга.
Контрольні запитання (§11)
1
Наведіть приклади теплового розширення твердих тіл, рідин і газів.
2
Як можна спостерігати теплове розширення газів, рідин і твердих тіл у досліді?
3
Як молекулярно-кінетична теорія пояснює теплове розширення тіл?
4
Від чого залежить теплове розширення тіла?
1
Чому на точних вимірювальних приладах зазначають температуру?
2
Якщо в холодну скляну банку налити окріп — банка може тріснути. Поясніть це з погляду теплового розширення.
3
Металева кулька падає на підлогу з деякої висоти. Куди «зникає» механічна енергія кульки після удару об підлогу?
Вправа 11 — Умови задач
Задача 1
Виберіть усі правильні закінчення: «Коли тіло охолоджується, то зменшується: а) швидкість руху його частинок; б) відстань між його частинками».
Задача 2
Як зміниться об'єм повітряної кульки, якщо її перенести з холодного приміщення в тепле? Поясніть свою відповідь.
Задача 3
Дослід із мідною кулькою: як змінюються внаслідок нагрівання об'єм, маса, густина кульки; середня швидкість руху її частинок?
Задача 4
Термометр заповнили водою замість спирту. Чи буде такий термометр зручним? Чому?
Задача 5
Чому на точних вимірювальних приладах зазначають температуру, за якої вони відградуйовані?
Задача 6
Якщо в холодну скляну банку налити окріп (або навпаки), банка може тріснути. Поясніть це з погляду теплового розширення.
Задача 7
Металева кулька падає на підлогу. Які перетворення механічної енергії відбуваються під час падіння? Куди «зникає» механічна енергія після удару об підлогу?
Підбиваємо підсумки
Головні висновки §11
Закономірність
При нагріванні тіла розширюються, при охолодженні — стискуються.
Причина (МКТ)
Зміна середньої відстані між частинками речовини внаслідок зміни швидкості їх руху.
Формула
Δl = α · l₀ · Δt — лінійне розширення твердого тіла.
Аномалія води
Від 0 до 4 °С вода розширюється при охолодженні — унікальна властивість.
Практичне значення
Теплове розширення враховують у техніці, будівництві та побуті.