Sự nở vì nhiệt của vật rắn – Bài tập minh hoạ
Xin chào các bạn, hôm nay chúng ta sẽ nghiên cứu một trường hợp khác về sự biến dạng của vật rắn đó là khi vật rắn chị tác dụng của nhiệt độ lớn thì sẽ như thế nào ? Để có thể giải đáp được thắc mắc này, các bạn hãy cùng HocThatGioi theo dõi hết bài viết nhé.
1. Sự nở dài
Chúng ta hãy xem qua thì nghiệm để hiểu rõ hơn về sự nở dài nhé.
1.1 Thí nghiệm
Một vật rắn bằng kim loại đồng chất, một đầu được gắn chặt cố định, một đầu được nối với bộ phân lẫy có thể mở rộng góc do khi thanh rắn giãn nở vì nhiệt
Nung nóng thanh kim loại ta thấy góc đo mở rộng sau một thời gian điều này chứng tỏ vật rắn đã bị biến dạng khi nhiệt độ thay đổi
1.2 Kết luận
Sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở dài vì nhiệt.
l_{0}: chiều dài bân đầu của vật rắn
l: chiều dài sau khi giãn nở vì nhiệt của vật rắn
\alpha: hệ số nở phụ thuộc vào bản chất của vật rắn, đơn vị là \frac{1}{k} hoặc k^{-1}
\Delta t = t_{2} - t_{1}: độ tăng nhiệt độ của vật rắn
\Delta l: độ nở dài của vật rắn
Hệ số nở dài của một số vật liệu:
| Chất liệu | \alpha (K^{-1}) |
|---|---|
| Nhôm | 24.10^{-6} |
| Đồng đỏ | 17.10^{-6} |
| Sắt, thép | 11.10^{-6} |
| Inva (Ni – Fe) | 0,9.10^{-6} |
| Thuỷ tinh | 9.10^{-6} |
| Thạch anh | 0,6.10^{-6} |
2. Sự nở khối
Chúng ta cũng hãy xem qua một số thì nghiệm để hiểu rõ hơn nhé.
2.1 Thí nghiệm
Một vật rắn có dạng hình cầu đồng chất và một vật rắn đồng chất khác hình vành khuyên tròn
Ở nhiệt độ ban đầu (nhiệt độ phòng) ta có thể đưa ra quả cầu hình vành khuyên dễ dàng do đường kính ngoài của quả cầu kim loại nhỏ hơn đường kính của vật rắn hình vành khuyên.
Tiến hành nung nóng quả cầu kim loại bằng đèn ga, sau khi nung nóng quả cầu kim loại không thể đi qua được vật rắn hình vành khuyên, điều này chứng tỏ thể tích của cầu đã tăng lên do nhiệt độ hay nói các khác vật rắn bị biến dạng vì nhiệt
2.2 Kết luận
Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tặng gọi là sự nở khối.
V_{0}: thể tích ban đầu của vật rắn
V: thể tích sau khi giãn nở vì nhiệt của vật rắn
\Beta = 3\alpha: hệ số nở phụ thuộc vào bán chất của vật rắn và cũng có đơn vị k^{-1}
\Delta t = t_{2} - t_{1}: độ tăng nhiệt độ của vật rắn
\Delta V: độ nở khối của vật rắn
3. Ứng Dụng
- Trong thực tế các vật rắn bị biến dạng nhiệt khi nhiệt độ môi trường thay đổi và tất cả đều nở khối (giãn nở về thể tích) tuy nhiên tùy vào hình dạng của vật rắn sẽ ưu tiên nở khối hay nở dài, ví dụ các vật rắn có dạng thanh dài sẽ ưu tiên nở dài nhiều hơn.
- Sự giãn nở vì nhiệt của vật rắn là điều không thể tránh khỏi vì thời tiết trên Trái Đất được phân chia thành hai mùa rõ rệt mùa đông (nhiệt độ giảm) và mùa hè (nhiệt độ tăng cao).
- Trong xây dựng người ta luôn phải tính đến trường hợp giãn nở vì nhiệt, nếu không các công trình xây dựng có thể bị cong, vênh, nứt, phá hủy do sự giãn nở không đồng đều của các vật rắn khác nhau
- Trong ngành giao thông vận tải đường sắt, khi làm đường ray cho tàu chạy trong thời gian đầu các kỹ sư xây dựng đã bỏ qua tính chất vật lý biến dạng nhiệt của vật rắn, khiến cho các đoạn đường ray bị cong vênh làm mất an toàn và dẫn đến tai nạn tàu trệch bánh.
- Để khắc phục hiện tượng biến dạng nhiệt của vật rắn theo thời tiết, trên các đường ray thường bố trí các khe hở để thanh ray có thể giãn nở vì nhiệt mà không làm cong vênh đường ray.
- Không chỉ có các kim loại, vật liệu bê tông cốt thép cũng bị giãn nở vì nhiệt nên trên các nhịp cầu đường bộ người ta cũng phải tạo ra các khe hở trên cầu để cho cầu giãn nở vì nhiệt khi thời tiết thay đổi tránh bị cong, vênh và gãy.
4. Bài tập minh hoạ
Sử dụng công thức: \Delta l = l_{2} – l_{1} = l_{1}\alpha (t_{2} – t_{1})
t_{2} = t_{max} = \frac{\Delta l}{\alpha l_{1}} + t_{1} = \frac{4,5.10^{-3}}{12.10^{-6}.12,5} + 15 = 45^{\circ} C
Sử dụng công thức: \Delta l = l_{2} – l_{1} = l_{1}\alpha (t_{2} – t_{1})
Thay số: \Delta l = 1800.11,5.10 – 6(50^{\circ} – 20^{\circ}) = 0,62 m
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Sư nở vì nhiệt của vật rắn – Bài tập minh hoạ. Nếu thấy bài viết hay, bổ ích hãy chia sẻ đến với bạn bè của mình nhé! Chúc các bạn học tốt!
Bài viết khác liên quan đến Lớp 10 – Vật Lý – Biến dạng của vật rắn
- Lý thuyết chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình đầy đủ nhất
- 20 câu trắc nghiệm lý thuyết chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình cực hay
- Bài tập Sự nở vì nhiệt của chất rắn cực hay và có lời giải chi tiết nhất
- Giải SGK bài 33 Biến dạng của vật rắn Vật lí 10 Kết nối tri thức
- Giải SGK bài 22 Biến dạng của vật rắn. Đặc tính của lò xo Vật lí 10 Chân trời sáng tạo
