Главная >> Физика 8 класс. Пурышева

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел, газов и твёрдых тел

§ 33. Тепловое расширение твёрдых тел и жидкостей (окончание)

8. Тепловое расширение жидкостей, так же как и твёрдых тел, учитывают и в технике, и в быту. Если жидкость, доверху заполняющая закрытый сосуд, нагревается, то из-за высокого давления сосуд может разорваться. Поэтому баки, в которых нагревают жидкости, делают из материала с большим температурным коэффициентом расширения. Цистерны, в которых перевозят жидкости, не заполняют доверху.

9. Все жидкости достаточно равномерно расширяются с повышением температуры. Исключение составляет вода. Вода расширяется только при нагревании до температуры выше 4 °С. При нагревании от 0 до 4 °С она сжимается, её объём уменьшается, а плотность увеличивается. Наибольшую плотность вода имеет при 4 °С. На рисунке 87 приведён график зависимости плотности воды от температуры.

Пусть вода имеет низкую температуру. Под действием солнечных лучей верхние слои воды нагреваются, предположим, до температуры 2 °С. Плотность воды в этом слое больше, чем в слое, лежащем ниже и имеющем температуру О °С. Нагретая вода опускается вниз. Её место занимает вода, имеющая более низкую температуру. Таким образом, происходит непрерывная смена слоёв воды и равномерное прогревание всей её толщи. Это будет происходить, пока температура воды не станет равной 4 °С. При дальнейшем нагревании верхние слои становятся менее плотными и остаются вверху.

Поэтому большие толщи воды прогреваются быстро лишь до 4 °С, дальнейшее прогревание нижних слоёв идёт медленно из-за плохой теплопроводности и отсутствия конвекции. Охлаждение воды до 4 °С идёт быстро, а дальнейшее охлаждение замедляется по той же причине. Это приводит к тому, что глубокие водоёмы, начиная с некоторой глубины, имеют температуру 2—3 °С. Даже зимой вода в водоёмах не промерзает до дна. Верхние более холодные слои воды опускаются вниз, а тёплые занимают их место. Такое перемещение происходит до тех пор, пока температура воды не станет равной 4 °С. При дальнейшем охлаждении верхние слои не будут опускаться вниз и постепенно замёрзнут.

Вопросы для самопроверки

1. Что происходит с твёрдыми телами и жидкостями при нагревании?

2. Какая величина характеризует свойство различных веществ, из которых сделаны тела, по-разному расширяться при нагревании?

3*. Сравните тепловое расширение монокристалла и поликристалла.

4. Чем отличается кварцевое стекло от обычного?

5. Что такое биметаллическая пластина? Как она действует? Где применяется?

6. Как учитывают тепловое расширение жидкостей?

7. Каковы особенности теплового расширения воды?

8. Почему зимой вода в водоёмах не промерзает до дна?

Задание 32

1. Приведите примеры учёта теплового расширения твёрдых тел в технике и в быту.

2. Почему колёса поезда стучат при движении по рельсам? Когда этот стук сильнее — зимой или летом?

3*. Предложите конструкцию терморегулятора с использованием би- металлической пластины.

4*. На сколько градусов нужно нагреть медный стержень длиной 2 м, чтобы он удлинился на 1 мм? Температурный коэффициент линейного расширения меди 1,7 • 10^-5 град^-1.

5_Э. Проделайте опыт, доказывающий, что твёрдые тела при нагревании расширяются. Возьмите монету, положите на дощечку и вбейте в дощечку два гвоздика, ограничивающих монету (рис. 88). Она должна проходить между гвоздиками. Возьмите монету щипцами и нагрейте. Проверьте, проходит ли нагретая монета между гвоздиками. Объясните результат опыта. Будьте осторожны! При нагревании монеты используйте только металлические щипцы, а также прихватку или салфетку, чтобы их держать.

6_Э. Проделайте опыт, доказывающий, что вода при нагревании расширяется.

7*. Какой объём займёт керосин при 40 С, если при 0 °С его объём равен 500 м³? Температурный коэффициент объёмного расширения керосина 10^-3 град^-1. Каким должен быть минимальный объём бака для этого керосина?

Ответы к заданиям

4*. 29,4 °С.

7*. 520 м³.

<<< К началу