Question

Opisz na czym polega rozszerzalność temperaturowa u:
1. ciał stałych
2. cieczy
3. gazów

Answer 1

1: OZSZERZALNOŚĆ LINIOWA
Rozszerzalność temperaturowa ciał - definicja
Rozszerzalnością temperaturową (cieplną, termiczną) ciał nazywamy zjawisko zmiany objętości ciał wraz ze zmianami temperatury. Powyższa definicja obejmuje całe pojęcie rozszerzalności temperaturowej, natomiast w tym podrozdziale zajmiemy się w szczególności rozszerzalnością liniową, która polega na zmianie długości ciała wraz ze zmianą temperatury.

Wprowadzamy teraz kilka oznaczeń: l0 - długość początkowa ciała w temperaturze t0, l - długość końcowa ciała w temperaturze t. Jeśli różnica temperatur Δt nie jest duża (kilkadziesiąt stopni) to można przyjąć, że przyrost długości Δl jest proporcjonalny do przyrostu temperatury i długości początkowej:

Δl = αl0ΔtPrzekształcając powyższe równianie możemy znaleźć wyrażanie określające długość końcową po ogrzaniu o Δt: l = l0(1+αΔt)
Współczynnik proporcjonalności α ze wzoru nosi nazwę średniego współczynnika rozszerzalności liniowej w granicach temperatur od t0 do t:

α = (l _ l0) / (l0Δt)
Ułamek ten oznacza o jaką część długości początkowej wzrasta średnio długość danego ciała po ogrzaniu o 1K w granicach temperatur od t0 do t. Jednostką średniego współczynnika rozszerzalności liniowej jest K _1

ROZSZERZALNOŚĆ OBJĘTOŚCIOWA
Zjawisko cieplnej rozszerzalności objętościowej występuje we wszystkich ciałach, niezależnie od ich stanu skupienia. W tym podrozdziale omówiona zostanie rozszerzalność objętościowa ciał stałych i cieczy. Rozszerzalność objętościową ciała w granicach temperatur t0 i t charakteryzuje wartość średniego współczynnika rozszerzalności objętościowej γ:
γ = (V _ V0) / (V0Δt) gdzie V0 oznacza objętość w temperaturze t0, V - objętość w temperaturze t.
Z powyższego równania wynika, że:


V = V0(1 + γΔt) Wartość średniego współczynnika rozszerzalności objętościowej wyraża, o jaką część objętości pierwotnej zwiększa się średnio objętość danego ciała przy wzroście temperatury o 1K w granicach temperatur od t0 do t
W przypadku ciał stałych jednorodnych i izotropowych istnieje określona zależność między wartościami współczynników α i γ. Weźmy pod uwagę sześcian o krawędzi l0 w temperaturze 0oC z materiału jednorodnego i izotropowego. Jego objętość początkowa:

V0 = l03 Po ogrzaniu do temperatury t, czyli o Δt, nowa długość krawędzi l będzie wynosiła: l = l0(1 + αΔt) a zatem objętość V po ogrzaniu: V = l03(1+αΔt) Pamiętajmy, że aktualna jest zależność:V = V0(1+Δt) Gdy porównamy prawe strony obu równań otrzymujemy V0(1+γΔt) = l03(1+3αΔt + 3α_2Δt2 + α_3Δt3) Uwzględniając, że V0 = l03 oraz zauważając, że wyrażenia z α_2 i α_3 są bardzo małe otrzymujemy przybliżoną zależność: γ ≈ 3α

2: Anomalna rozszerzalność wody – zjawisko fizyczne polegające na zmniejszaniu się objętości wody w miarę wzrostu temperatury w przedziale od 0 stopni Celsjusza do 4 stopni Celsjusza. Jednocześnie wiąże się to ze wzrostem gęstości wody.

3: ZASTOSOWANIE ZJAWISKA ROZSZERZALNOŚCI TEMPERATUROWEJ GAZÓW

Zjawisko rozszerzalności temperaturowej wykorzystuje się do produkcji termometrów gazowych. Najczęściej stosowanymi w tych termometrach gazami są: wodór, hel, powietrze. Zjawisko rozszerzalności cieplnej gazu można wykorzystać naprawiając w prosty sposób zgniecioną piłeczkę pingpongową. Powietrze wewnątrz ogrzanej piłeczki rozszerza się i nadaje jej właściwy, kulisty kształt, przekonać się o tym możemy wrzucając do naczynia z gorącą wodą zgniecioną, (ale nie dziurawą) piłeczkę pingpongową.


UWAGA!!!
Nigdy nie wolno ogrzewać ani wrzucać do ognia opakowań aerozolowych, ponieważ szczelnie (hermetycznie) zamknięty w nich gaz, rozszerzający się może spowodować wybuch pojemnika, a osoby przebywające w sąsiedztwie modą uledz poranieniu.

Answer 2

Rozszerzalność temperaturowa ciał stałych polega na zwiększeniu objętości ciał stałych w miarę wzrostu temperatury i zmiejszenie ich objętości w miarę obniżenia temperatury.

Ciecze rozszerzają się objetościowo podobnie jak ciała stałe.
W miarę wzrostu temperatury cząsteczki cieczy oddalają się od siebie.

Rozszerzalność temperaturowa gazów:
Gazy podobnie jak ciecze rozszerzają sie wraz ze wzrostem temperatury, ale znacznie w większym stopniu. Prawie 1000 razy więcej niż ciała stałe ;p;p;p;p