VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Termika VY_32_INOVACE_0301_0212 Teplotní roztažnost látek. Fyzika 2. ročník, učební obory Bez příloh

Transkript

1 VÝUKOVÝ MATERIÁL Identifikační údaje školy Vyšší odborná škola a Střední škola, Varnsdorf, příspěvková organizace Bratislavská 2166, Varnsdorf, IČO: tel Číslo projektu Název projektu Číslo a název šablony Autor Tematická oblast Číslo a název materiálu Anotace CZ.1.07/1.5.00/ Pro vzdělanější Šluknovsko 32 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji fyzikální gramotnosti žáků středních škol 0301 Ing. Yvona Bečičková Termika VY_32_INOVACE_0301_0212 Teplotní roztažnost látek Vytvořeno Určeno pro Přílohy Fyzika 2. ročník, učební obory Bez příloh

2 T E R M I K A Teplotní roztažnost látek

3 Teplotní roztažnost Teplotní roztažnost je jev, při kterém se po zahřátí nebo ochlazení tělesa o určitou teplotu změní délkové rozměry nebo objem tělesa. Většina látek se při zahřívání rozpíná, jejich molekuly se v důsledku zahřívání pohybují rychleji a jejich rovnovážné polohy jsou ve větších vzdálenostech. Druhy teplotní roztažnosti: teplotní délková roztažnost pevných látek teplotní objemová roztažnost pevných látek teplotní objemová roztažnost kapalin a plynů

4 Teplotní délková roztažnost pevných látek Jestliže budeme zahřívat kovovou tyč, dojde k jejímu prodloužení. Tyče z různých materiálů se při stejném přírůstku teploty prodlužují různě. Mějme původní délku tyče l 1 a počáteční teplotu t 1. Zvýší-li se teplota tyče na hodnotu t, bude přírůstek teploty Δ t = t t 1 Prodloužení tyče bude Δ l = l l 1. Prodloužení tyče je přímo úměrné počáteční délce a přírůstku teploty Δ l = α * l 1 * Δ t α součinitel teplotní délkové roztažnosti jednotkou je [ K -1 ] ( součinitel délkové roztažnosti závisí na druhu látky, ze kterého je těleso zhotoveno najdeme jej v tabulkách) Délka tyče se mění s teplotou lineárně.

5 Teplotní délková roztažnost pevných látek Dosadíme-li do vztahu za Δ l = l - l 1, Dostaneme po úpravě l = l 1 (1 + α * Δ t ) Příklad: Jaký je rozdíl délky hliníkového elektrického vedení mezi dvěma stožáry vzdálenými od sebe 200 m při teplotách 30 C a 35 C. Součinitel délkové roztažnosti hliníku α = 2,4 * 10-5 K -1 Řešení: teplota t 1 = - 30 C, teplota t = 35 C l 1 = 200 m Δ t = t t 1 = 35 C (-30 C ) = 65 C Δ l = α * l 1 * Δ t = 2,4*10-5 *200*65 = 0,321 m = 32,1 cm. Rozdíl délky hliníkového elektrického vedení je 32,1 cm.

6 Teplotní objemová roztažnost pevných látek Při změně teploty dochází též ke změně objemu pevného tělesa. Při změně teploty o Δ t se změní původní objem V 1 na takovou hodnotu V = V 1 ( 1 + 3α* Δ t) = V 1 (1 + β*δ t) β = 3α teplotní součinitel objemové roztažnosti Např. zahřátím ocelové kuličky se zvětší její průměr a v důsledku toho vzroste i její objem. Kulička, která při normální teplotě prošla kovovým kroužkem, po zahřátí tímto kroužkem neprojde.

7 Teplotní objemová roztažnost tekutin Při teplotě 8 C je v sudu přesně 200 litrů lihu. Po zahřátí na 23 C a změření objemu, bude mít líh větší objem. Výpočet: V = V 1 (1 + β*δ t) V 1 = 200 l = 0,2 m 3 Δt = 23 C - 8 C = 15 C β = 1,1*10-3 V = 0,2 (1 + 1,1*10-3 *15) = 0,2033 m 3 = 203,3 l V sudu bude o 3,3 litry lihu víc při zachování původní hmotnosti. Teplotní objemová roztažnost ovlivňuje hustotu látek při změnách teploty. Zrychluje se pohyb částic a zvětšují se mezery mezi nimi. Klesá hustota látek. Zvětšuje se objem. Ve stejném objemu je menší počet částic. Využití: v kapalinových teploměrech (rtuť, líh).

8 Úlohy k procvičení učiva 1. Jak závisí prodloužení kovové tyče na teplotním rozdílu? 2. Z jakého důvodu je na odměrném válci uvedena teplota, kterou má mít měřená kapalina? 3. V tabulkách součinitelů teplotní roztažnosti jsou údaje pro teplotní součinitele délkové roztažnosti. Jak získáte z těchto hodnot údaj pro teplotní součinitel objemové roztažnosti? 4. Co je α a β? 5. Proč se před nasazením hřídele ložisko zahřeje? 6. Ocelové potrubí parovodu je 1 km dlouhé. Zahřátím se jeho teplota změní o 270 C. Jak se změní jeho délka? 7. Cisterna o objemu 6000 litrů byla naplněna petrolejem při teplotě 25 C, vyprázdněna byla při teplotě 3 C. Jaký objem petroleje byl naměřen? β = 9,6*10-4

9 Zdroje informací Učebnice Fyzika A pro SOU 1. díl, SPN 1984, 1. vydání Učebnice Fyzika B pro SOU, SPN Praha 1984, 2. vydání Učebnice Fyzika A pro OU a UŠ, SPN Praha 1972, 7. vydání Vlastní tvorba

10 Metodický list Po ukončení výukové prezentace píší žáci na volný list papíru a odpovídají na zadané otázky. Odpověď na otázku č. 1 je možné najít na straně 5 prezentace. Odpověď na otázku č. 2 lze logicky odvodit z informací na straně 7 prezentace. Odpovědi na otázky č. 3 a 4 nalezneme v prezentaci na stranách č. 4 a 6. Odpověď na otázku č. 5 je možné logicky odvodit z výkladu na straně 6 prezentace. Příklady č. 6 a 7 vypočítáme s pomocí vzorečků a vzorových příkladů v prezentaci (strany 5 a 7 prezentace).