§ 3. Розширення і стиснення газів при нагріванні й охолодженні
Ти вже знаєш, що речовини розширюються (збільшуються у розмірах) під час нагрівання. Так само вони стискаються (зменшуються у розмірах) під час охолодження. На цій властивості заснована робота багатьох механізмів. Наприклад, так працюють термометри. Рідина всередині них розширюється і підіймається вгору по трубці, коли нагрівається. Завдяки цій властивості металеві деталі можна з’єднувати без зварювання за допомогою термоусадки (матеріалів, що можуть стискатися, розширюватися, змінювати свої розміри й форму при нагріванні).
Коли речовини розширюються або стискаються, їх частинки (молекули, атоми) залишаються того ж розміру. Змінюється лише простір між ними.
Атоми й молекули твердих тіл практично не переміщуються з місця на місце. Тому тверді тіла зберігають і обсяг, і форму.
Частинки у твердому тілі вібрують сильніше при нагріванні й займають більше місця (мал. 6).
Молекули рідини розташовані майже впритул одна до одної. Тому рідини дуже погано стискаються і зберігають свій об’єм. Рідини текучі. Вони не тримають своєї форми, а набувають форми посудини.
При нагріванні частинки рідини більше переміщуються одна навколо одної та займають більше місця (мал. 7).
Мал. 6. Розташування молекул у твердій речовині: а — у холодному стані; б — у нагрітому стані
Мал. 7. Розташування молекул у рідині: а — у холодному стані; б — у нагрітому стані
Молекули газу рухаються хаотично (безладно) і з великими швидкостями (сотні метрів за секунду). Стикаючись, вони відскакують одна від одної, як пружні кульки. При цьому змінюються їхні величини й напрямок швидкостей. У газах відстань між атомами або молекулами в середньому в багато разів більша розмірів самих молекул. При великих відстанях між молекулами сила тяжіння мала й не здатна утримати їх одна біля одної. Саме тому гази можуть необмежено розширюватися. Водночас вони легко стискаються. Середня відстань між молекулами при цьому зменшується. Але все одно відстань залишається більшою за їхні розміри. Гази не зберігають ні форму, ні об’єм.
Мал. 8. Розташування молекул у газах: а — у холодному стані; б — у нагрітому стані
Частинки в газі рухаються швидше за всіма напрямками під час нагрівання і займають більше місця (мал. 8).
Простір між частинками речовини змінюється, коли речовина розширюється або стискається. Самі частинки ніколи не розширюються.
Молекули в газах розташовані далеко одна від одної і слабко притягуються. Тепло змушує молекули рухатися швидше. Це означає, що об’єм газу зростає більше, ніж об’єм твердого тіла або рідини.
Речовини у твердому, рідкому й газоподібному станах розширюються при нагріванні та стискаються при охолодженні. Атоми при цьому не розширюються. Змінюється лише відстань між ними, як-от у газах. Може змінюватися напрямок і швидкість руху, як у рідинах. Або ж швидкість коливань атомів — вібрації атомів твердого тіла.
Виконай дослід
Спостерігай, як розширюються гази. Для цього проведи дослід із повітряними кульками. Надуй кілька штук. Одні з них вистав на сонце. Інші залиши при кімнатній температурі. Повітряні кулі, які потрапляють під вплив сонця, збільшуються в розмірах. Повітряні кулі за кімнатної температури не змінюються. Це доводить, що тепло викликає розширення газів.
Коли гази нагріваються, швидкість руху їхніх молекул та атомів збільшується. Отже, їм потрібно більше місця. Це причина того, що гази розширюються при нагріванні.
Конспект учня
Речовини у твердому, рідкому й газоподібному станах розширюються при нагріванні та стискаються при охолодженні. Змінюється відстань між молекулами, як-от у газах. Може змінюватися напрямок і швидкість руху, як у рідинах. Або швидкість коливань атомів — вібрації атомів твердого тіла.
Запитання і завдання
- 1. Як розташовані молекули у твердих речовинах, рідинах і газах?
- 2. Чи змінюється розташування молекул речовин при нагріванні? А при охолодженні?
- 3. Що відбувається з молекулами газів під час нагрівання? А під час охолодження?
- 4. Який дослід доводить, що під час нагрівання гази розширюються?
- 5. Наведи приклади відомих тобі газів.
- 6. Намалюй у зошиті, як розташовані молекули речовини в газоподібному стані.
Як змінюється опір при нагріванні металів
У шкільному курсі фізики описано, як змінюється опір провідників при нагріванні – воно збільшується.
Коефіцієнт відносного збільшення питомого опору при нагріванні для більшості металів близький до 1/273 = 0,0036 1 / ° С (відмінності знаходяться в межах 0,0030 – 0,0044). А як змінюється опір металу при його плавленні?
На рис.1 показаний графік зміни питомого опору міді при нагріванні. Як видно, при температурі плавлення спостерігається стрибок опору в 2,07 рази.
Таким чином, від нормальної температури (20 ° С) до температури плавлення питомий опір міді збільшується в 5,3 рази (коефіцієнт К1), при плавленні збільшується ще в 2,07 рази (коефіцієнт К2), а всього в 10,82 рази ( коефіцієнт КЗ = К1К2).
Рис. 1. Графік зміни питомого опору міді при нагріванні.
Ці коефіцієнти наведені для різних металів в таблиці, де В – опір кілометрового відрізка проводу з даного металу перетином 1 мм2, Тпл – температура плавлення металу (метали розташовані в порядку зростання опору).
* Зважаючи особливих властивостей нікелю дані не наводяться (див. Нижче).
*** Нормальною температурою для ртуті вважається температура плавлення (-39 ° С).
Для нікелю питомий опір поводиться вельми незвично (рис.2). Спочатку воно наростає, але тільки до температури 358 ° С, а потім різко зменшується і при температурі вище 400 ° С стає менше, ніж при кімнатній температурі.
Рис. 2. Графік зміни питомого опору нікелю при нагріванні.
Вельми незвичайним металом є вісмут. У нього питомий опір при плавленні різко зменшується, причому так, що опір розплавленого металу нижче, ніж у твердого при кімнатній температурі.
Можна ще звернути увагу на високе значення коефіцієнта К1 для вольфраму. Ось чому у лампочок розжарювання опір нитки розжарення в момент включення у багато разів менше, ніж в робочому режимі (від чого вони найчастіше і перегорають).
Стаття була опублікована в журналі “РА-Електрик”
Чому алюміній поступово вилучається з ужитку при монтажі електроустановок? Чим він поганий і небезпечний? Згідно з вимогами сьомого видання правил улаштування електроустановок (ПУЕ), алюмінієві дроти та кабелі перетином менше 16 кв. мм не…
З розміщених на сайті Електрик Інфо раніше статей можна помітити, що як тільки питання стосується способів з’єднання проводів, то відразу виникають суперечки навколо того, який з варіантів з’єднання краще і надійніше. Найбільш якісним з’єднанням…
У місті Ліверморі (штат Каліфорнія, США) є унікальна лампочка, яка була вкручена в 1901 р і з тих пір горить без перерви. Це абсолютний рекорд, який увійшов до книги рекордів Гіннесса. Перед унікальною лампочкою на станції №6 пожежної служби…
Нещодавно в люстрі однієї з установ Бухареста була виявлена дивом збереглася лампочка Едісона. На подив присутніх, вона при включенні загорілася, але не миттєво, як ми звикли, а розгоралася до повного напруження більше хвилини. Але це не було…
Дивно, але факт. Покликав мене вчора один мій хороший знайомий самоделкин подивитися, чому в нього не запускається циркулярка. Каже, раніше вона працювала відмінно, потім її брав на час сусід, а тепер циркулярка буде неможливо. Особливість верстата…
Припій – це легкоплавкий сплав металів, призначений для з’єднання проводів, висновків, деталей і вузлів паянням. Раніше припои позначали трьома буквами – ПОС (припій олов’яно-свинцевий), за якими йде двозначне число, що показує вміст олова у…
Згідно з Правилами улаштування електроустановок (п2.1.21): з’єднання, відгалуження і оконцеваніе жил проводів і кабелів мають здійснюватися за допомогою опресування, зварювання, пайки або стискачів (гвинтових, болтових тощо) відповідно до діючих…
Ця стаття носить дещо провокаційна назва. Я впевнений, що Cразу знайдуться люди, які повчально напишуть, мовляв, скрутка це протизаконно і по ПУЕ скрутки проводів заборонені.З цим ніхто і не сперечається. Якби не той факт, що, незважаючи на все що…
Про випадки, коли постійно згорає лампа в одному і тому ж світильнику. Про великі токах пуску в лампах розжарювання, про перехідних процесах і коротко про способи вирішення проблеми.Клацання вимикача: в туалеті спалахує лампочка, на мить опромінивши…
Причини втрат електроенергії в повітряних лініях і способи боротьби з ними, на основі практичного досвіду. Ймовірно, кожен, хто має будинок в селі, живе в приватному секторі в місті або будує свій дім, згодом зіткнеться з проблемою нестабільності…
У статті розглянуті основні критерії вибору перетину кабелю, дані приклади розрахунків.На ринках часто можна побачити написані від руки таблички, які вказують, який кабель необхідно придбати покупцеві в залежності від очікуваного струму…
Для пайки паяльником застосовується припій, а щоб припій добре розтікався по поверхні з’єднуються пайкою деталей, використовують речовину, яка називається флюс. Залежно від металу деталей і їх розмірів, фортеці та герметичності пайки необхідно…
Електричний паяльник, це ручний інструмент, призначений для скріплення між собою деталей за допомогою м’яких припоїв, шляхом розігріву припою до рідкого стану і заповнення ним зазору між споюють деталями.Електричні паяльники випускаються розраховані…