Теплове розширення рідин. Теплове об'ємне розширення. Фізика 10 кл.

1. Залежність щільності речовини від температури
2. Теплове розширення рідин
3. Особливості розширення води

Глава 9. Розширення твердих і рідких тіл

Залежність щільності речовини від температури

При зміні температури тіл змінюється і їх щільність. Нехай при температурі t1 щільність речовини дорівнює ρ1, а обсяг тіла дорівнює V1. При температурі t2 значення цих величин стали відповідно рівними ρ2 і V2. Так як при зміні температури маса тіла m не змінюється, то

Розділивши почленно друга рівність на перше, отримаємо

Користуючись формулою (9.3.3), можна записати

Так як αΔt значно менше одиниці, то для наближених розрахунків можна спростити цю формулу таким чином:

Нехтуючи виразом (αΔt) 2 в порівнянні з одиницею, отримаємо

ρ2 = ρ1 (1 - αΔt). (9.3.8)

При нагріванні щільність речовини зменшується.

Теплове розширення рідин

Зв'язки між частинками рідини, як ми знаємо, слабкіше, ніж між молекулами в твердому тілі. Тому слід очікувати, що при однаковому нагріванні рідини розширюються більшою мірою, ніж тверді тіла. Це дійсно підтверджується на досвіді.

Наповнимо колбу з вузьким і довгим горлечком підфарбованою рідиною (водою або краще гасом) до половини шийки і відзначимо гумовим колечком рівень рідини. Після цього опустимо колбу в посудину з гарячою водою. Спочатку буде видно зниження рівня рідини в шийці колби, а потім рівень почне підвищуватися і підніметься значно вище початкового. Це пояснюється тим, що спочатку нагрівається посудину і обсяг його збільшується. Через це рівень рідини опускається. Потім нагрівається рідина. Зростаючи, вона не тільки заповнює збільшився обсяг судини, але і значно перевищує цей обсяг. Отже, рідини розширюються більшою мірою, ніж тверді тіла.

Температурні коефіцієнти об'ємного розширення рідин значно більше коефіцієнтів об'ємного розширення твердих тіл; вони можуть досягати значення 10-3К-1.

Рідина не можна нагріти, не нагріваючи судини, в якому вона знаходиться. Тому ми не можемо спостерігати істинного розширення рідини в посудині, так як розширення судини занижує видиме збільшення об'єму рідини. Втім, коефіцієнт об'ємного розширення скла і інших твердих тіл зазвичай значно менше коефіцієнта об'ємного розширення рідини, і при не дуже точних вимірах збільшенням обсягу судини можна знехтувати.

Особливості розширення води

Найбільш поширена на Землі рідина - вода - має особливі властивості, що відрізняють її від інших рідин. У води при нагріванні від 0 до 4 ° С об'єм не збільшується, а зменшується. Лише з 4 ° С об'єм води починає при нагріванні зростати. При 4 ° С, таким чином, обсяг води мінімальний, а щільність максимальна *. На малюнку 9.4 показана приблизна залежність щільності води від температури.

* Ці дані відносяться до прісної (хімічно чистої) воді. У морської води найбільша щільність спостерігається приблизно при 3 ° С.

Зазначене особливу властивість води дуже впливає на характер теплообміну в водоймах. При охолодженні води спочатку щільність верхніх шарів збільшується, і вони опускаються вниз. Але після досягнення повітрям температури 4 ° С подальше охолодження вже зменшує щільність, і холодні шари води залишаються на поверхні. В результаті в глибоких водоймах навіть при дуже низькій температурі повітря вода має температуру близько 4 ° С.

Обсяг рідких і твердих тіл збільшується прямо пропорційно зростанню температури. У води виявляється аномалія: її щільність максимальна при 4 ° С.