Теория:
Термическим расширением называется изменение размеров и объема тела под воздействием температуры.
При изменении температуры изменяются размеры твердых тел. Расширение под воздействием температуры характеризуется коэффициентом линейного термического расширения.
Изменение линейных размеров тела описывается формулой
- длина тела,
- первоначальная длина тела,
- коэффициент линейного термического расширения,
- разница температур.
Коэффициент линейного термического расширения показывает, на какую часть первоначальной длины или ширины изменится размер тела, если его температура повысится на 1 градус.
 |
Если рассматривать стержень твердого вещества длиной 1 метр, то при повышении температуры на один градус длина стержня изменится на такое число метров, которое равно коэффициенту линейного расширения. |
Пример:
10 км железнодорожного пути при увеличении температуры воздуха на 9 градусов (например, от -5 до +4 ), удлиняются на метра. По этой причине между участками рельсов оставляют промежутки.
 | На этом рисунке видно, что происходит в жаркую погоду, если между участками рельсов оставлены неверные промежутки |
Термическое расширение надо учитывать и в трубопроводах, там используют компенсаторы - изогнутые трубы, которые при изменении температуры воздуха при необходимости могут сгибаться. На рисунке видно, что произойдет, если не будет компенсатора.
Инженерам, проектирующим здания, мосты, оборудование, которые подвержены изменениям температуры, необходимо знать, какие материалы можно соединять, чтобы не образовались трещины.
Электрикам, которые протягивают линии электропередачи, необходимо знать, каким изменениям температуры будут подвержены провода. Если летом провода натянуты, то зимой они оборвутся.
При термическом расширении металлов используют автоматические выключатели тепловых приборов. Этот выключатель состоит из двух плотно соединенных пластин различных металлов ( с различными термическими коэффициентами). Биметаллические пластины под воздействием температуры сгибаются или выпрямляются, замыкая или размыкая электрическую цепь.
 | ...................................................................................... Биметалические пластины состоят из двух металлов с различными коэфициентами линейного расширения. При изменении температуры длина каждой пластины изменяется по-разному, в зависимости от этого пластины выгибаются либо вверх, либо вниз. |
С изменением линейных размеров изменяется также и объем тела. Изменение объма тела описывается формулой похожей на формулу линейного расширения, только вместо коэффициента линейного термического расширения используется коэффициент объемного термическогорасширения.
Изменение объема тела под воздействием температуры описывается формулой , где
- объем тела,
- первоначальный объем тела,
- коэффициент объемного термического расширения,
- разница температур.
Коэффициент объемного термического расширения показывает, на какую часть первоначального объема изменится объем тела после повышения температуры на 1 градус.
Вещество | Коэффициент объемного расширения , |
Бензин | 0,000124 |
Ртуть... | 0,000110 |
Эфир | 0,000160 |
Глицерин | 0,000051 |
Нефть | 0,000100 |
Керосин | 0,000100 |
Спирт | 0,000110 |
Вода | 0,000180 |
Пример:
Если объем спирта при температуре равен , то при температуре его объем увеличится на .
Из формулы изменения объема следует, что при повышении температуры объем жидкости увеличивается, но вода в очередной раз отличилась своими уникальными свойствами, так как при нагревании воды до определенной температуры она не расширяется, а сжимается.
 |
При нагревании воды с температуры таяния льда вначале у нее уменьшается объем, и только после ее объем начинает увеличиваться. |