Физика 8 класс задачи на тепловые явления: Урок решения задач по теме «Тепловые явления» 8 класс

Содержание

Задачи 8 класс по теме » Тепловые явления»

8 класс

№ 1.

Какое количество теплоты необходимо,

чтобы нагреть водоем объемом 300м³на 100⁰С?

8 класс

Задачи по теме «Тепловые явления»

8 класс

№ 2.

Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы 15 см³воды нагреть на 1 ⁰С?

8 класс

№ 3.

Стакан воды ( 250 гр) при температуре 90 ⁰С остыл до 40 ⁰С.

Какое количество теплоты выделится при этом?

8 класс

№ 4.

Какое количество теплоты нужно,

чтобы 400 г воды при температуре 20⁰С довести до температуры 30⁰С?

8 класс

№ 5.

Определите температуру смеси 50 г воды, взятой при температуре 80 ⁰С, и 150 г воды при температуре 15 ⁰С.

8 класс

№ 6.

Какую массу древесного угля нужно сжечь, чтобы выделилось столько энергии, сколько при сгорании бензина, объем которого

равен 4 л?

8 класс

№ 7.

Какое количество теплоты необходимо для того, чтобы расплавить 1 т железа, взятого при температуре 10 ⁰С?

8 класс

№ 8.

200г воды, температура которой была 15 ⁰С, нагрели до 20 ⁰С. Какое количество теплоты получила вода?

8 класс

№ 9.

В плавильную печь загрузили 2000 кг чугуна, взятого при температуре 20⁰С. Какое количество теплоты затрачено в ней на его плавление?

Сколько льда взятого при температуре 0⁰С, можно было бы расплавить за счет этого количества теплоты?

8 класс

№ 10.

Какое количество теплоты требуется для того,

чтобы расплавить 10 см³ свинца, взятого при температуре 20⁰С?

8 класс

№ 11.

Вычислите, на сколько градусов нагреется 500 г воды, если в эту воду опустить 500 г меди, которая остывает в воде от 80 до 17 ⁰С?

8 класс

№ 12.

300 г воды, температура которой была 40 ⁰С, остыло до 20 ⁰С. На сколько, уменьшилась внутренняя энергия воды?

8 класс

№ 13

В каком случае требуется большее количество теплоты и на сколько: на плавление 1 г меди и 1 г серебра, если тот и другой металлы до нагревания имели температуру 20 ⁰C ?

8 класс

№ 14.

Масса заряда пороха в патроне пулемета равна 3,2 г. Какое количество теплоты выделится при каждом выстреле?

8 класс

№ 15

Сколько надо долить воды при 20⁰С в 3 л воды при 60 ⁰С, чтобы получить воду при 40 ⁰С?

8 класс

№ 16.

500 гр воды при температуре 20 ⁰С сообщили 20,95 кДж теплоты. Какой стала температура воды ?

8 класс

№ 17.

При полном сгорании древесного угля выделилось 40800 кДж энергии. Какая масса угля сгорела?

8 класс

№ 18.

2500 г воды нагрели от 15 до 35 ⁰С. Какое количество теплоты для этого потребовалось?

8 класс

№ 19.

Сколько теплоты выделится при полном сгорании керосина, объем которого равен 4 л; нефти, масса которой равна 3,5 т?

8 класс

№ 20.

500 г воды при температуре 20 ⁰С сообщили 20,95 кДж теплоты. Какой стала температура воды?

8 класс

№ 21.

Какова мощность потока воды, падающая с высоты 25 м? Расход воды в каждую минуту составляет 120 м³.

8 класс

№ 22.

Какое количество воды можно нагреть на 10⁰С, сообщив ей 84 кДЖ теплоты?

8 класс

№ 23.

Какое количество теплоты выделится при полном сгорании бензина массой 5 кг?

8 класс

№ 24.

Какое количество теплоты требуется для нагревания 250 гр воды на 5 ⁰С?

8 класс

№ 25.

На нагревание свинца массой 1 кг на 100 ⁰С расходуется количество теплоты, равное

13000 Дж. Определите удельную теплоемкость свинца. Сравните ее значение с табличными.

8 класс

№ 26.

До какой температуры остынут 5 л кипятка, взятого при температуре 100⁰С, отдав в окружающее пространство 1680 кДж энергии?

8 класс

№ 27.

Температура латунной детали массой 0,2 кг равна 365 ⁰С. Какое количество теплоты она передаст окружающим телам, охлаждаясь до температуры 15 ⁰С?

8 класс

№ 28

Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 кг карагандинского угля?

q =2,7 * 10⁷

8 класс

№ 29.

Какое количество теплоты требуется для нагревания 250 гр воды на 5 ⁰С.

С =4200 Дж/кг ⁰С

8 класс

№ 30.

До какой температуры нагревается вода объемом 4 л, если она получит количество теплоты, равное 168 кДж. С= 4200 Дж/кг⁰С

Составила учитель физики

Вейман Н.Н.

Решение задач по теме «Тепловые явления» – конспект урока – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Предмет: физика

Класс: 8

Автор УМК: А. В. Пёрышкин

Цели образования

предметные: обобщение и систематизация материала через решение качественных и количественных задач на теплообмен, изменение агрегатных состояний вещества, расчет количества теплоты; формирование умений по применению данных законов для решения практических задач повседневной жизни;
метапредметные: организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности; приобретение опыта анализа и отбора информации с использованием различных источников, в том числе, новых информационных технологий для решения познавательных задач;

личностные: формирование познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей, самостоятельности в приобретении новых знаний при решении физических задач.

Методическое обоснование темы

При изучении фактического материала в 8 классе закладываются важнейшие базовые понятия, такие как: теплообмен, внутренняя энергия, количество теплоты и т.д. Понимание сути изучаемых явлений и законов, умение применять их для решения разнообразных задач в перспективе определяют успешность обучающихся при освоении более сложных разделов физики в 9-11 классах: основы молекулярно-кинетической теории, термодинамика, электродинамика, квантовая физика.

Конструктивная особенность урока позволяет: во-первых, интегрировать различные учебные предметы; во-вторых, учащиеся составляют логичный «коллективный рассказ» о ранее изученных законах, что создает благоприятные и комфортные условия для сотрудничества в группах, реализации творческих способностей детей; в-третьих, готовит учащихся к экзаменам по физике в форме независимого оценивания (ГИА или ОГЭ).

Проведение урока осуществляется с применением авторского мультимедийного приложения.

Методические рекомендации по проведению урока и использованию электронных ресурсов

Презентация к уроку выполнена в программе Microsoft Office PowerPoint 2010, которая помогает: обеспечивать наглядность, четкое восприятие и понимание учебного материала; развивать у обучающихся учебную, познавательную и творческую активность; формировать универсальные учебные действия; дополнительно мотивировать учащихся и управлять их вниманием при обучении предмету; формировать информационную культуру.

Условные обозначения интерактивных объектов

№ п/п	Обозначение	Назначение
1.		В ходе анимирования, в каждый кубик встроена функция триггеров, что позволяет управлять ими в произвольном порядке при клике левой кнопкой мыши.
2.		В ромбики также встроены триггеры, что дает возможность оценивать и фиксировать счет команд до 8 баллов.
3.		Гиперссылка (не активна, установить на ПК заново) на программу Aver Media, для трансляции на развернутый экран технологических карт и готовых решений посредством документ — камеры.

Материально-техническое обеспечение урока

мультимедийное оборудование: компьютер, проектор BenQ, документ-камера AVerVision.
прикладное программное обеспечение: Microsoft Office Word 2010, Microsoft Office PowerPoint 2010, Aver Media.

Методическая разработка сценария урока решения задач по теме «Тепловые явления»

Номер слайда

Этап урока

1. Слайд №1

1, 2 этапы (3 минуты) 1 этап. Организационный.

Урок предполагает работу учащихся в группах по 5-6 человек, поэтому учащиеся класса накануне урока должны разделиться ровно на 6 групп, выбрать капитана команды.

2 этап. Инициация урока.

Формулирование темы и целей урока.

В начале урока создается проблемная ситуация, позволяющая рассмотреть место конкретного урока в изучаемой теме, для этого создается проблемная ситуация.

Слайд №2 нужно продемонстрировать первым. На слайде по щелчку появляются определенные слова и словосочетания, которые подведут учащихся к формулированию темы и цели урока. (Приложение 1)

Вопрос: Что может объединять данные слова и словосочетания?

Если вопрос вызвал затруднения, есть всплывающие подсказки (по щелчку) в виде некоторых формул по изучаемой теме.

Деятельность учащихся: учащиеся самостоятельно формулируют тему и цель урока.

3 этап. Жеребьевка команд (2 минуты)

Мультимедиа сопровождение:

2. Слайд №2

3.Слайд №3

По щелчку мыши на слайде появляются шесть кубиков для жеребьевки. Клик левой кнопкой мыши по кубикам возможен в произвольном порядке, т.к. в каждом из них встроены функции триггеров.

Деятельность учащихся: представители команд выбирают кубик определенного цвета, при клике по которому появляется цифра, указывающая номер команды.

4 этап. Мотивация и актуализация (8 минут)

Определение команд, получающих статус докладчика или рецензента.

Правила игры:

1. Для определения команд докладчиков и рецензентов проводятся отборочные туры в виде трех блиц – вопросов для каждых двух команд.

4. Слайд №4

5. Слайд № 5

6. Слайд №6.

В 1-м отборочной туре принимают участие 1 и 2 команды, соответственно во 2-м 3 и 4 команды, и в 3-м 5 и 6 команды.

2. Право ответа получает команда первой поднявшая руку.

3. В случае затруднений в выборе правильного ответа, принять участие в игре могут участники остальных команд.

4. Команда, получившая большее количество баллов принимает функции докладчика, другая команда функции рецензента.

Критерий оценивания блиц — вопросов:

Каждый полный правильный ответ оценивается 2 баллами, неполный ответ 1 баллом.

Мультимедиа сопровождение:

На слайдах 4-6 по клику мыши появляются последовательно три вопроса.

Количество полученных баллов фиксируется при помощи встроенных триггеров (слева вверху 8 – конечные звезды).

Деятельность учащихся: принимают участие в отборочных турах за право получения статуса докладчика.

4 этап (2 тур).

Выполнение основного задания (12 минут)

У обучающихся формируется читательская компетенция при работе с текстом, осуществляется отработка практических навыков решения задач с выбором ответа, с кратким и с развернутым ответом идет на основе технологических карт, которые составлены с соблюдением структуры контрольно-измерительных материалов ГИА (ОГЭ) по физике.

(Приложение 2)

Капитаны команд получают технологические карты с заданием:

1 и 2 команды (1 вариант), 3 и 4 команды (2 вариант), 5 и 6 команды (3 вариант).

5 этап. Отчет команд о проделанной работе

(15 минут, 5 минут каждая команда).

Функции докладчика – представить полное и обоснованное решение.

Для доклада команда делегирует одного человека.

Функции рецензента – задать уточняющие вопросы, дать оценку команде за доклад, при необходимости представить правильное решение.

План для рецензирования:

1. Полнота ответа.

2. Логика изложения.

3. Наличие (отсутствие) логических ошибок.

4. Языковая грамотность.

5. Организованная работа группы.

Критерий оценивания ответа докладчика:

№ задания
А1	А2	В1	С1	Дополнительные баллы рецензента	Максимальное количество баллов
1	1	2	3	1	8

Критерий оценивания ответа рецензента:

1. Грамотно построены уточняющие вопросы

2.Объективность в оценке докладчика, отмечены достоинства и недостатки.

3.Корректность в высказываниях.

0,5 балла

4. Организованная работа группы.

0,5 балла

Ответы к заданиям из технологических карт:

№ варианта	№ задания
№ варианта	А1	А2	В1	С1
1	4	2	13	65 °С
2	3	4	34	6,8 т
3	2	2	25	4 кг

8. Слайд № 7.

9. Слайд № 8.

10. Слайд № 9.

Мультимедиа сопровождение:

1.Для представления докладов используется документ-камера (Слайд №7, гиперссылка справа внизу), транслирующая, готовые решения на экран.

2.Количество баллов полученных командами фиксируются на слайде №7 при помощи триггеров.

Деятельность учащихся: работа в группах; анализ текста; решение задач с выбором ответа, с катким и развернутым ответом; представление доклада или рецензирование работы.

6 этап. Рефлексия. Подведение итогов. Выставление оценок. Обсуждение домашнего задания (5 минут).

Вопросы:

1. Что нового вы узнали на уроке?

2. Чему вы научились?

3. Что вы хотели прочитать или изучить самостоятельно по заявленной теме?

4. Как вы оцениваете свою работу и работу класса в целом (по пятибалльной шкале) сегодня на уроке?

Деятельность учащихся: рефлексия, оценка и самооценка учащихся внутри каждой группы.

Самоанализ урока

Класс, в котором проводился данный урок, является физико-математическим и учащиеся в основном мотивированы к изучению физики. На протяжении всего урока дети были заинтересованы, дисциплинированы, самостоятельны в приобретении новых знаний и при решении разноплановых физических задач. Обучающиеся с увлечением вживались в различные роли, которые предстояло выполнять исходя из сценария урока: капитан команды, докладчик, рецензент.

Цели урока реализованы.

Обучающиеся владеют навыками постановки целей, планирования своей деятельности; приобретения опыта анализа и отбора информации с использованием различных источников, в том числе, новых информационных технологий для решения познавательных задач.

Учащиеся накануне урока организованно распределились по группам, обсудили роли участников группы, поэтому жеребьевка команд и получение заданий прошло в более короткий срок, чем было предусмотрено.

При решении некоторых блиц-вопросов учащиеся, несмотря на то, что знают фактический материал, испытывали затруднения, также как и при решении качественных задач А3. Это связано с тем, что иногда не получается построить логические цепочки и недостаточен кругозор учащихся, значит, подобные задания разного уровня сложности необходимо чаще разбирать на уроках.

Хороший уровень коммуникации прослеживался во время работы в группах, а также успешно осуществлялось межгрупповое взаимодействие во время работы капитана и докладчика. Более тяжело дается роль рецензента, где нужно дать обоснованную оценку докладчику, хотя уроки такого типа уже проводились. Для освоения данных навыков был предложен план рецензирования.

При отчете команд выявилось, что у учащихся сформированы читательские компетенции. Задания при работе с текстом выполнены в основном правильно. Задания на соответствие, составленные на основе анализа графика, выполнены на хорошем уровне, что говорит о том, что сформированы метапредметные компетенции. При решении задач с развернутым ответом лучше всего были решены задачи на КПД различных тепловых процессов. Задача на теплообмен при смешивании воды разной температуры вызвала затруднения. Это связано в основном со знаками количества теплоты в уравнении теплового баланса.

В ходе рефлексии выяснился тот факт, что дети могут дать оценку не только работы другой команде, но владеют навыками самооценки результатов своей деятельности.

В целом обучающиеся показали хороший уровень подготовки по теме «Тепловые явления», получили довольно высокие оценки за работу на уроке. Необходимо учесть тот факт, что задания были составлены и для формирования познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей, но и в формате контрольно-измерительных материалов ГИА по физике. Полученный результат позволяет сделать прогноз того, что учащиеся успешно справятся с поставленной задачей в ходе проведения независимого оценивания ГИА по физике.

Selina Solutions CONCISE Physics — решения ICSE класса 8 для главы 6 «Теплообмен»

Перейти к

Иметь значение
Физические величины и измерения
Сила и давление
Энергия
Световая энергия
Теплопередача
Звук
Электричество

Главная > Решения Selina, класс 8, физика > Глава 6 теплопередача

Упражнения в главе 6 теплопередача 8 класс

Целевые вопросы

Вопросы с короткими/длинными ответами

Вопросы в объективных вопросах

Q1) Напишите True или False для каждого утверждения

(а) В дождливый день испарение быстрое.

(b) Испарение происходит только с поверхности жидкости.

(в) В процессе испарения участвуют все молекулы жидкости.

(d) Температура жидкости повышается при кипении или испарении.

(e) В кипении участвуют все молекулы жидкости.

(f) Кипение – быстрое явление.

(g) Все твердые тела расширяются на одинаковую величину при нагревании до одинакового повышения температуры.

(з) Телефонные провода зимой натянуты между двумя столбами.

(i) Равные объемы различных жидкостей расширяются на разную величину при нагревании до одинакового повышения температуры.

(j) Твердые тела расширяются меньше всего, а газы больше всего при нагревании.

(k) Ртутный термометр использует свойство расширения жидкостей при нагревании.

(l) Керосиновые контракты на отопление.

Q2) Заполните поля

(а) Кипение происходит при _______.

(b) Испарение происходит при ______.

(d) Теплота _____ во время кипения.

(e) Охлаждение производится в ______.

(е) Более длинный стержень расширяется ____, чем более короткий стержень при нагревании до той же температуры.

(g) Жидкости расширяются _____, чем твердые тела

(h) Газы расширяются _____, чем жидкости.

(i) Спирт расширяется _____, чем вода.

(j) Железо расширяется _____, чем медь.

Q3) Совпадение со следующим:

Столбец А	Колонка В
(a) Увеличение подачи воздуха	(i) Увеличение межмолекулярного разделения
(b) Повышение давления увеличивает	(ii) маятник часов
(с) Тепловое расширение	(iii) Кухонная утварь
(г) Инвар	(iv) температура кипения
(e) Стекло Pyrex	(в) испарение

Вопросы с короткими/длинными ответами Вопросы

Q1) Что такое материя? Из чего состоит.

Q2) Назовите три состояния материи и различайте их на основе их (i) объема и (ii) формы

Q3) Различают жидкое и парообразное (или газообразное) состояния вещества на основе следующих факторов

(а) Расположение молекул

(b) Межмолекулярное разделение

(d) Кинетическая энергия молекул

Q4) Что такое испарение? Объясните это на основе молекулярного движения.

В5) Все ли молекулы жидкости участвуют в испарении? Если нет, поясните свой ответ.

Q6) При испарении к жидкости не подводится тепло. Как же тогда жидкость превращается в пар?

Q7) Прокомментируйте утверждение «испарение — это поверхностное явление».

Q8) Почему при испарении жидкости происходит охлаждение?

Q9) Приведите причины увеличения скорости испарения жидкости

(а) Когда воздух дует над жидкостью.

(b) При увеличении площади поверхности жидкости

Q10) Что такое кипение? Объясните это на основе молекулярного движения?

Q11) Почему при нагревании жидкости появляются пузырьки?

Q12) Как изменяется средняя кинетическая энергия молекул жидкости при кипении при ее температуре кипения?

Q13) Как используется тепловая энергия, подводимая к жидкости при кипении при фиксированной температуре?

Q14) Назовите два способа перехода жидкого состояния в парообразное и различайте их.

Q15) Что вы понимаете под тепловым расширением вещества?

Q16) Приведите два примера вещества, расширяющегося при нагревании.

Q17) Опишите эксперимент, демонстрирующий тепловое расширение твердых тел.

Q18) Укажите три фактора, от которых зависит линейное расширение металлического стержня при нагреве.

Q19) Два железных стержня — один длиной 10 м, другой — 5 м, нагреты до одинакового повышения температуры. Что расширится больше?

Q20) Два одинаковых медных стержня нагреты до разных температур — один на 5°С, а другой на 10°С. Какой стержень расширится больше?

Q21) Один стержень из меди и такой же стержень из железа нагреваются до одинакового повышения температуры. Какой стержень расширится больше? Дайте повод.

Q22) Два одинаковых стержня — один полый, а другой сплошной — нагреваются до одинакового повышения температуры. Что расширится больше?

Q23) В эксперименте с шаром и кольцом, если шар после нагрева оставить на некоторое время остывать на кольце, шар снова пройдет через кольцо. Объясните причину.

Q24) Объясните следующее:

(а) Телефонные провода рвутся зимой.

(b) Железные ободья нагревают перед их установкой на деревянные колеса.

(d) Стеклянную пробку, застрявшую в горлышке бутылки, удаляют, поливая горлышко бутылки горячей водой.

(e) Цементный пол укладывается небольшими частями с промежутками между ними.

Q25) Почему один конец стальной балки моста держится на роликах, а не на опоре?

Q26) Металлическая пластина нагревается. Укажите три фактора, от которых будет зависеть увеличение его площади.

Q27) Кубический сплошной металлический блок нагревается. Как изменится его объем?

Q28) Опишите эксперимент, показывающий, что жидкости расширяются при нагревании.

Q29) Укажите одно применение теплового расширения жидкостей.

Q30) Опишите опыт, показывающий, что воздух расширяется при нагревании.

Q31) Пустая стеклянная бутылка снабжена узкой трубкой на горлышке. Открытый конец трубки держат в стакане с водой. Когда бутылка нагревается, пузырьки воздуха выходят в воду. Объясните причину.

Q32) Какое из следующих веществ будет больше расширяться при нагревании до одной и той же температуры: (а) твердое тело, (б) жидкость и (в) газ?

Q33) Опишите опыт, показывающий, что один и тот же объем различных жидкостей, нагретых до одинакового повышения температуры, расширяется на разную величину.

Q34) 100 мл каждой из следующих жидкостей нагревают с 10°C до 50°C. Что расширится больше: а) вода, б) бензол, в) спирт?

Q35) Вода нагревается от 0°C до 4°C. Будет ли он расширяться?

Q36) Что вы подразумеваете под аномальным поведением воды?

Q37) Как изменяется плотность вещества (твердого, жидкого и газообразного) при нагревании?

Q38) Нагревается железная шайба.

(а) Укажите влияние на его массу.

(b) Укажите влияние на его внутренний диаметр

(d) Укажите влияние на его плотность.

Фейсбук WhatsApp

Копировать ссылку

Было ли это полезно?

Главы в этой книге

Иметь значение

Физические величины и измерения

Сила и давление

Энергия

Световая энергия

Теплопередача

Звук

Электричество

Lido

Курсы

Быстрые ссылки

Условия и политика

К концу этого раздела вы сможете:

Дайте определение и опишите тепловое расширение.
Рассчитать линейное расширение объекта, зная его начальную длину, изменение температуры и коэффициент линейного расширения.
Рассчитайте объемное расширение объекта, зная его начальный объем, изменение температуры и коэффициент объемного расширения.
Рассчитать термическую нагрузку на объект, зная его первоначальный объем, изменение температуры, изменение объема и объемный модуль.

Рисунок 13.10 Термокомпенсаторы, подобные этим на мосту Окленд-Харбор-Бридж в Новой Зеландии, позволяют мостам изменять длину без коробления. (кредит: Ingolfson, Wikimedia Commons)

Расширение спирта в термометре — один из многих часто встречающихся примеров теплового расширения, изменения размера или объема данной массы в зависимости от температуры. Горячий воздух поднимается вверх, потому что его объем увеличивается, что приводит к тому, что плотность горячего воздуха становится меньше, чем плотность окружающего воздуха, вызывая выталкивающую (поднимающую) силу на горячий воздух. То же самое происходит со всеми жидкостями и газами, приводя к естественному переносу тепла вверх в домах, океанах и погодных системах. Твердые тела также подвергаются термическому расширению. Железнодорожные пути и мосты, например, имеют компенсаторы, что позволяет им свободно расширяться и сжиматься при изменении температуры.

Каковы основные свойства теплового расширения? Во-первых, тепловое расширение явно связано с изменением температуры. Чем больше изменение температуры, тем больше будет изгибаться биметаллическая полоса. Во-вторых, это зависит от материала. В термометре, например, расширение спирта намного больше, чем расширение стакана, содержащего его.

Какова основная причина теплового расширения? Как обсуждается в «Кинетической теории: атомное и молекулярное объяснение давления и температуры», повышение температуры подразумевает увеличение кинетической энергии отдельных атомов. В твердом теле, в отличие от газа, атомы или молекулы плотно упакованы вместе, но их кинетическая энергия (в виде небольших быстрых колебаний) отталкивает соседние атомы или молекулы друг от друга. Это отталкивание соседа к соседу приводит в среднем к несколько большему расстоянию между соседями и в сумме к большему размеру всего тела. Для большинства веществ в обычных условиях нет предпочтительного направления, и повышение температуры увеличивает размер твердого тела на определенную долю в каждом измерении.

Линейное тепловое расширение — тепловое расширение в одном измерении

Изменение длины ΔLΔL пропорционально длине LL. Зависимость теплового расширения от температуры, вещества и длины сводится к уравнению αα — коэффициент линейного расширения, который незначительно зависит от температуры.

В таблице 13.2 приведены репрезентативные значения коэффициента линейного расширения, которые могут иметь единицы измерения 1/ºC1/ºC или 1/K. Поскольку размер кельвина и градуса Цельсия одинаков, оба αα и ΔTΔT могут быть выражены в кельвинах или градусах Цельсия. Уравнение ΔL=αLΔT ΔL=αLΔT точно для небольших изменений температуры и может использоваться для больших изменений температуры, если используется среднее значение αα .

Материал	Коэффициент линейного расширения α(1/ºC)α(1/ºC)	Коэффициент объемного расширения β(1/ºC)β(1/ºC)
Твердые вещества
Алюминий	25×10–625×10–6	75×10–675×10–6
Латунь	19×10–619×10–6	56×10–656×10–6
Медь	17×10–617×10–6	51×10–651×10–6
Золото	14×10–614×10–6	42×10–642×10–6
Железо или сталь	12×10–612×10–6	35×10–635×10–6
Инвар (никелево-железный сплав)	0,9×10–60,9×10–6	2,7×10–62,7×10–6
Свинец	29×10–629×10–6	87×10–687×10–6
Серебро	18×10–618×10–6	54×10–654×10–6
Стекло (обычное)	9×10–69×10–6	27×10–627×10–6
Стекло (Pyrex®)	3×10–63×10–6	9×10–69×10–6
Кварц	0,4×10–60,4×10–6	1×10–61×10–6
Бетон, кирпич	~12×10–6~12×10–6	~36×10–6~36×10–6
Мрамор (средний)	7×10–67×10–6	2,1×10–52,1×10–5
Жидкости
Эфир		1650×10–61650×10–6
Спирт этиловый		1100×10–61100×10–6
Бензин		950×10–6950×10–6
Глицерин		500×10–6500×10–6
Меркурий		180×10–6180×10–6
Вода		210×10–6210×10–6
Газы
Воздух и большинство других газов при атмосферном давлении		3400×10–63400×10–6

Стол 13. 2 Коэффициенты теплового расширения при 20ºC20ºC ¹

Пример 13.3

Расчет линейного теплового расширения: мост Золотые Ворота

Длина главного пролета моста Золотые Ворота в Сан-Франциско составляет 1275 м в самое холодное время. Мост подвергается воздействию температур от –15ºC–15ºC до 40ºC–40ºC. Как изменится его длина между этими температурами? Предположим, что мост сделан полностью из стали.

Стратегия

Используйте уравнение для линейного теплового расширения ΔL=αLΔTΔL=αLΔT для расчета изменения длины , ΔLΔL. Используйте коэффициент линейного расширения αα для стали из таблицы 13.2 и обратите внимание, что изменение температуры ΔTΔT составляет 55°C55°C.

Решение

Подставьте все известные значения в уравнение, чтобы найти ΔLΔL.

ΔL=αLΔT=12×10−6°C1275 м55°C=0,84 м. ΔL=αLΔT=12×10−6°C1275 м55°C=0,84 м.

13,8

Обсуждение

Хотя это изменение длины невелико по сравнению с длиной моста, оно заметно. Обычно он распространяется на множество компенсационных швов, так что расширение в каждом шве невелико.

Тепловое расширение в двух и трех измерениях

Объекты расширяются во всех измерениях, как показано на рис. 13.11. То есть их площади и объемы, а также их длины увеличиваются с температурой. Отверстия также увеличиваются с температурой. Если вы прорежете отверстие в металлической пластине, оставшийся материал расширится точно так же, как если бы заглушка оставалась на месте. Пробка станет больше, а значит и отверстие тоже должно стать больше. (Представьте, что кольцо соседних атомов или молекул на стенке отверстия отталкивает друг друга все дальше друг от друга по мере повышения температуры. Очевидно, что кольцо соседей должно немного увеличиваться, поэтому отверстие становится немного больше).

Тепловое расширение в двух измерениях

При малых изменениях температуры изменение площади ΔAΔA определяется как температура, αα – коэффициент линейного расширения, который незначительно зависит от температуры.

Рисунок 13.11 Как правило, объекты расширяются во всех направлениях при повышении температуры. На этих рисунках исходные границы объектов показаны сплошными линиями, а расширенные границы — пунктирными линиями. а) Площадь увеличивается, потому что увеличиваются и длина, и ширина. Площадь круглой пробки также увеличивается. (b) Если заглушка удалена, отверстие, которое она оставляет, становится больше с повышением температуры, как если бы расширяющаяся заглушка оставалась на месте. в) Объем также увеличивается, потому что увеличиваются все три измерения.

Тепловое расширение в трех измерениях

Изменение объема ΔVΔV очень близко к ΔV=3αVΔTΔV=3αVΔT. Это уравнение обычно записывается как

ΔV=βVΔT, ΔV=βVΔT,

13,10

, где ββ — коэффициент объемного расширения, а β≈3αβ≈3α. Обратите внимание, что значения ββ в таблице 13.2 почти точно равны 3α3α.

Обычно объекты расширяются при повышении температуры. Вода является наиболее важным исключением из этого правила. Вода расширяется с повышением температуры (ее плотность уменьшается ), когда температура выше 4ºC (40ºF)4ºC (40ºF). Однако он расширяется с , уменьшая температуру , когда она находится в диапазоне от +4ºC+4ºC до 0ºC0ºC(40ºF(от 40ºF до 32ºF)32ºF). Вода наиболее плотная при +4ºC+4ºC. (См. рис. 13.12.) Пожалуй, самым ярким эффектом этого явления является замерзание воды в пруду. Когда вода у поверхности остывает до 4ºC4ºC, она становится более плотной, чем оставшаяся вода, и поэтому опускается на дно. Этот «обмен» приводит к образованию слоя более теплой воды у поверхности, которая затем охлаждается. В конце концов, пруд имеет равномерную температуру 4ºC4ºC. Если температура в поверхностном слое падает ниже 4ºC4ºC, вода менее плотная, чем вода ниже, и, таким образом, остается ближе к поверхности. В результате поверхность пруда может полностью замерзнуть. Лед поверх жидкой воды обеспечивает изолирующий слой от суровых зимних температур наружного воздуха. Рыба и другие водные организмы могут выжить в воде подо льдом при температуре 4ºC4ºC благодаря этой необычной характеристике воды. Он также производит циркуляцию воды в пруду, что необходимо для здоровой экосистемы водоема.

Рисунок 13.12 Плотность воды как функция температуры. Обратите внимание, что тепловое расширение на самом деле очень мало. Максимальная плотность при +4ºC+4ºC только на 0,0075% больше, чем плотность при 2ºC2ºC, и на 0,012% больше, чем при 0ºC0ºC.

Установление связей: связи в реальном мире — наполнение бака

Различия в тепловом расширении материалов могут привести к интересным эффектам на заправочной станции. Одним из примеров является капание бензина из только что заправленного бака в жаркий день. Бензин стартует при температуре земли под заправкой, которая ниже температуры воздуха над ней. Бензин охлаждает стальной бак, когда он заполнен. И бензин, и стальной бак расширяются при нагревании до температуры воздуха, но бензин расширяется гораздо больше, чем сталь, поэтому он может перелиться через край.

Эта разница в расширении также может вызвать проблемы при интерпретации показаний указателя уровня бензина. Фактическое количество (масса) бензина, оставшегося в баке, когда датчик показывает «пусто», летом намного меньше, чем зимой. Бензин имеет тот же объем, что и зимой, когда загорается индикатор «добавьте топливо», но из-за того, что бензин расширился, масса стала меньше. Если вы привыкли проезжать еще 40 миль «пустым» зимой, будьте осторожны — летом вы, вероятно, выбежите гораздо быстрее.

Рисунок 13.13 Поскольку при повышении температуры газ расширяется больше, чем бензобак, вы не сможете проехать на пустом топливе столько миль, сколько зимой. (кредит: Гектор Алехандро, Flickr)

Пример 13,4

Расчет теплового расширения: газ в сравнении с бензобаком

Предположим, ваш стальной бензобак емкостью 60,0 л (15,9 галлона) заполнен газом, поэтому и бак, и бензин имеют температуру 15,0ºC15,0ºC. Сколько бензина вылилось к моменту их прогрева до 35,0ºС35,0ºС?