Теплове розширення рідин

Прості досліди і спостереження переконують нас, що при підвищенні температури розміри тіл трохи збільшуються, а при охолодженні - зменшуються до колишніх розмірів. Так, наприклад, сильно розігрітий болт не входить в різьблення, в яке він вільно входить, будучи холодним. Коли болт охолодиться, він знову входить в різьблення. Телеграфні дроти в жарку літню погоду провисають помітно більше, ніж під час зимових морозів. Збільшення провисання, а отже, і довжини натягнутих проволікав при нагріванні легко відтворити на досвіді, зображеному на мал. 353. Нагріваючи натягнутий дріт електричним струмом, ми бачимо, що вона помітно провисає, а після припинення нагрівання знову натягається.

При нагріванні збільшуються не лише довжина тіла, але також і інші лінійні розміри. Зміну лінійних розмірів тіла при нагріванні називають лінійним розширенням. Якщо однорідне тіло (наприклад, скляна трубка) нагрівається однаково в усіх частинах, то воно, розширюючись, зберігає свою форму. Інше відбувається при нерівномірному нагріванні. Розглянемо такий досвід. Скляна трубка розташована горизонтально, і один її кінець закріплений. Якщо трубку нагрівати знизу, як показано на мал. 354, то верхня її частина залишається внаслідок поганої Теплопровідності скла холоднішою; при цьому трубка згинається догори. Легко зрозуміти, що нижня половина зігнутої трубки стисла, оскільки вона не може розширюватися в тій мірі, в якій розширювалася б, якби не складала одне ціле з верхньою половиною. Верхня половина,, навпаки, розтягнута.

Таким чином, при нерівномірному нагріванні тіл в них виникає напруга, яка може повести до їх руйнування, якщо напруга зробиться занадто великою

Так, скляний посуд в перший момент, коли в неї налита гаряча вода, знаходиться в напруженому стані і іноді лопається. Це відбувається внаслідок того, що спершу (прогріваються і розширюються внутрішні частини, які і розтягують при цьому зовнішню поверхню посуду. Такої напруги при нагріванні можна уникнути, якщо 'узяти посуд з такими тонкими стінками, що вони швидко прогріваються по усій товщині (хімічний посуд).

З схожої причини лопається звичайний скляний посуд, якщо намагатися гріти в ній рідини на вогні або на електричній плитці. Існують, проте, спеціальні (сорти скла (так зване кварцеве скло, що містить до 96 % кварцу, SiO2), які розширюються при нагріванні настільки мало, що напруга при нерівномірному нагріванні посуду, зробленого з такого скла, не небезпечні. У каструлі з кварцевого скла можна кип'ятити воду. Лінійне розширення різних матеріалів при одному і тому ж підвищенні температури різне. Це видно, наприклад, з такого досвіду: дві різнорідні пластинки (наприклад, залізна і мідна) склепує між собою в декількох місцях (мал. 355, а). Якщо при кімнатній температурі пластинки прямі, то при нагріванні вони викривляться, як зображено на мал. 355, б. Це показує, що мідь розширюється більшою мірою, ніж залізо. З цього досвіду витікає також, що при змінах температури тіла, що складається з декількох частин, що по-різному розширюються, в нім теж з'являється внутрішня напруга. У досвіді, зображеному на мал. 355, мідна пластинка стисла, а залізна - розтягнута. Унаслідок неоднакового розширення заліза і емалі виникає напруга в емальованому залізному посуді; при сильному нагріві емаль іноді відскакує.

Напруга, що з'являється в твердих тілах внаслідок теплового розширення, може бути дуже великою. Це необхідно брати до уваги

1 2