Lý 10 Bài 36: Sự nở vì nhiệt của vật rắn

a) 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 quả cầu qua hình vành khuyên dễ dàng do đường kính ngoài của quả cầu kim loại nhỏ hơn đường kính trong 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 của cầu đã tăng lên do nhiệt độ hay nói cách khác vật rắn đã bị biến dạng vì nhiệt.

b) Kết luận

- Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối.

- Biểu thức độ nở khối của vật rắn: \(\Delta V=V-V_0=\beta .V_0.\Delta t=3\alpha .\Delta t\)

+ Trong đó:

• \(V_0\): 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 khối phụ thuộc vào bản chất của vật rắn và cũng có đơn vị là \({k^{ - 1}}\)

• \(\Delta t=t_2-t_1\): độ tăng nhiệt độ của vật rắn

• \(\Delta V\): độ nở khối của vật rắn

• Lồng ghép đai sắt vào các bánh xe.

• Chế tạo băng kép dùng làm rơle đóng – ngắt tự động mạch điện.

• Lúc đầu băng kép thẳng, mạch điện đóng, đèn sáng. Khi đã đủ nóng, băng kép cong lại về phía thanh đồng làm ngắt mạch điện.
• Chế tạo các ampe kế nhiệt.

• Đầu thanh ray đường sắt phải có khe hở để khi nhiệt độ tăng, đường ray không bị uốn cong khi tàu đi qua.

• Các ống nước bằng kim loại dẫn hơi nóng hoặc nước nóng phải uốn cong để khi ống bị nở dài thì đoạn cong này chỉ biến dạng mà không bị gãy.

• Đề phòng sự nở vì nhiệt: Khi trời nóng chiều dài của cầu tăng lên. Đầu cầu sắt phải đặt trên các gối đỡ xê dịch được trên các con lăn.

Một dây tải điện ở \(20^oC\) có độ dài 1 800m. Hãy xác định độ nở dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến \(50^oC\) về mùa hè. Cho biết hệ số nở dài của dây tải điện là \(\alpha =1,5.10^{-6}K^{-1}\) 

Hướng dẫn giải

Độ tăng chiều dài của thanh khi nhiệt độ tăng đến \(50^oC\) là:

\(\Delta l = l_2 - l_1 = l_1\alpha (t_2- t_1)\)

⇒ \(\Delta l = 1800. 11,5. 10-6 (50 -20) = 0,62m\)

Vậy, độ tăng chiều dài của thanh khi nhiệt độ tăng đến \(50^oC\) là: \(\Delta l = 0,62m\)

Mỗi thanh ray của đường sắt ở nhiệt độ 15^o C có độ dài là 12,5m. Nếu hai đầu các thanh ray khi đó chỉ đặt cách nhau 4,50mm, thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất bằng bao nhiêu để chúng không bị uốn cong do tác dụng nở nhiệt? Cho biết hệ số nở dài của mỗi thanh ray là α = 12.10^-6 K^-1.

Hướng dẫn giải

Để thanh ray không bị cong khi nhiệt độ tăng thì độ tăng chiều dài của thanh phải bằng khoảng cách giữa hai đầu thanh ray.

                       \(\Delta l = l_2 - l_1 = l_1\alpha (t_2 - t_1)\)

   \(\Rightarrow t_2 = t_{max} =\frac{\triangle l}{\alpha l_{1}}+ t_1=\) \(\frac{4,5.10^{-3}}{12.10^{-6.}.12,5} + 15\)

  \(\Rightarrow t_{max} = 45^oC\).

Vậy, nhiệt độ mà các thanh ray có thể chịu được lớn nhất là: \(t_{max} = 45^oC\).

Câu 1: Một thanh thép hình trụ có hệ số nở dài α=11.10^-6.K^-1, ban đầu có chiều dài 100 m. Để chiều dài của nó là 100,11 m thì độ tăng nhiệt độ bằng bao nhiêu?

Câu 2: Một vật rắn hình trụ ban đầu có chiều dài 100m. Tăng nhiệt độ của vật thêm 50^oC thì chiều dài của vật là 100,12 m. Hệ số nở dài của vật bằng bao nhiêu?

Câu 3: Một quả cầu đồng chất có hệ số nở khối β=33.10^-6.K^-1. Ban đầu có thể tích V₀ = 100 cm³. Khi độ tăng nhiệt độ Δt=100^oC thì thể tích của quả cầu tăng thêm bao nhiêu?

Câu 4: Khối lượng riêng của sắt ở 0^oC là 7,8.10³ kg/m³. Biết hệ số nở của khối sắt là 33.10^-6.K^-1. Ở nhiệt độ 160^oC, khối lượng riêng của sắt là bao nhiêu?

Câu 5: Độ nở khối của vật rắn đồng chất được xác định theo công thức nào?

Câu 1: Một vật rắn hình trụ có hệ số nở dài α=11.10^-6.K^-1. Khi nhiệt độ của vật tăng từ 0^oC đến 110^oC độ nở dài tỉ đối của vật là

A. 0,121%.            B. 0,211%.

C. 0,212%.            D. 0,221%.

Câu 2: Một vật rắn hình trụ có hệ số nở dài α=24.10^-6.K^-1. Ở nhiệt độ 20^oC có chiều dài l_o=20 m, tăng nhiệt độ của vật tới 70^oC thì chiều dài của vật là

A. 20,0336 m.                B. 24,020 m.

C. 20,024 m.                D. 24,0336 m.

Câu 3: Một vật rắn hình khối lập phương đồng chất, đẳng hướng có hệ số nở dài α=24.10^-6.K^-1. Nếu tăng nhiệt độ của vật thêm 100^oC thì độ tăng diện tích tỉ đối của mặt ngoài vật rắn là

A. 0,36%.            B. 0,48%.

C. 0,40%.            D. 0,45%.

Câu 4: Một quả cầu đồng chất có hệ số nở khối β=72.10^-6.K^-1. Ban đầu thẻ tích của quả cầu là V₀, để thể tích của quả cầu tăng 0,36% thì độ tăng nhiệt độ của quả cầu bằng

A. 50 K.            B. 100 K.

C. 75 K.            D. 125 K.

Qua bài giảng Sự nở vì nhiệt của vật rắn​ này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được quy luật về sự nở dài và sự nở khối của vật rắn.

• Nêu được ý nghĩa vật lý và đơn vị đo của hệ số nở dài và hệ số nở khối.

• Vận dụng thực tiễn của việc tính toán độ nở dài và độ nở khối của vật rắn trong đời sống và kỹ thuật.