Топлотно ширење чврстих тела и течности

Преузми Word документ

Тела се при загревању шире, а при хлађењу сакупљају. Промене димензија приликом загревања су мале, али о њима мора да се води рачуна у многим областима.

размак између железничких и трамвајских шина, телефонске жице, далеководи, мостови
пример: Ајфелова кула је лети вишља за 11cm него зими

Пример: Биметална трака

– примена – укључивање и искључивање електричних уређаја – фрижидер, бојлер, пегла

Различита чврста тела – материјали различито се шире при једнаком загревању.

Течности се при загревању више шире него чврста тела, а највише се шире гасови.

Поставља се питање – Зашто се тела шире при загревању?

Кад тело прими неку количину топлоте, повећава се његова унутрашња енергија. Са повећањем унутрашње енергије, кретање молекула је интензивније, па се повећава и простор у коме се крећу молекули. Молекули се међусобно удаљавају, што утиче на повећање запремине.

Појава повећања димензија и запремине тела при загревању назива се топлотно ширење.

Линеарно ширење

Експерименти показују да промена дужине тела при загревању зависи од врсте материјала од којег је тело направљено, а сразмерна је дужини тела на температури 0⁰C и промени температуре $\triangle t$ .

$\triangle l=l_{0}\alpha\triangle t$

$\triangle l=l-l_{0}$ $\triangle t=t-t_{0}=t$

$\triangle l$ – промена дужине

$l_{0}$ – дужина на температури t₀=0⁰C

$l$ – дужина на температури t

$\alpha$ – термички коефицијент линеарног ширења (вредност зависи од врсте материјала којег је тело направљено); мерна јединица $\frac{1}{1K}$ односно $\frac{1}{1^{0}C}$ .

$l-l_{0}=l_{0}\alpha t$

$l=l_{0}+l_{0}\alpha t$

$l=l_{0}(1+\alpha t)$

За две температуре – t₁ и t₂

$l_{1}=l_{0}(1+\alpha t_{1})$

$l_{2}=l_{0}(1+\alpha t_{2})$

дељењем:

$\frac{l_{1}}{l_{2}}=\frac{1+\alpha t_{1}}{1+\alpha t_{2}}$

Запреминско ширење чврстих тела

О линеарном ширењу може да се говори када тело има облик шипке, танке цеви, шине и слично, односно када је једна димензија тела много већа од друге две. При загревању чврстих тела у већини случајева долази до запреминског ширења, односно посматрано тело има такве димензије да се ни једна не може занемарити у односу на другу.

За описивање запреминског ширења користи се формула:

$V=V_{0}(1+\gamma t)$

$V_{0}$ – запремина на температури t₀=0⁰C

$V$ – запремина на температури t

$\gamma$ – термички коефицијент запреминског ширења (вредност зависи од врсте материјала од којег је тело направљено); мерна јединица $\frac{1}{1K}$ односно $\frac{1}{1^{0}C}$ .

Топлотно ширење течности

Топлотно ширење течности се одвија подједнало у свим правцима. Тако да се код течности може говорити само о запреминском ширење. За запреминско ширење течности важи иста формула као и за запреминско ширење чврстих тела:

$V=V_{0}(1+\gamma t)$

Течности имају веће коефицијенте термичког ширења од чврстих тела – течности се више шире при загревању од чврстих тела.

Пошто се при загревању повећава запремина, значи да се смањује густина.

густина на температури 0⁰C $\rho_{0}=\frac{m}{V_{0}}$