Muc luc
Click để về mục lục

 

36

 

SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN

 

 

 

 1. Kiến thức

  - Mô tả được các dụng cụ và phương pháp tiến hành thí nghiệm để xác định độ nở dài của vật rắn.

  - Phát biểu được quy luật về sự nở dài và sự nở khối của vật rắn. Đồng thời nêu được ý nghĩa vật lí và đơn vị đo của hệ số nở dài và hệ số nở khối.

2. Kỹ năng

  - Dựa vào kết quả đo độ nở dài Dl của thanh rắn thay đổi theo nhiệt độ Dt = t – t0 , tính được giá trị (trung bình) của hệ số nở dài α. Từ đó suy ra công thức nở dài.

  - Vận dụng được công thức về sự nở dài và sự nở khối của vật rắn để giải các bài tập đã cho trong bài.

  - Nêu được ý nghĩa thực tiễn của việc tính toán độ nở dài và độ nở khối của vật rắn trong đời sống và kĩ thuật.

  

Một thanh thép bị dãn khi ta kéo một lực đủ lớn. Còn cách nào khác để làm thanh thép đó dãn ra mà ta không tác dụng lực kéo?

Tại sao giữa hai đầu thanh ray của đường sắt lại phải có một khe hở? Độ rộng của khe hở này phụ thuộc vào những yếu tố gì và có thể xác định nó theo công thức như thế nào?

 

 

I - SỰ NỞ DÀI (Video 36.1)

 1. Thí nghiệm

  a) Đặt một thanh đồng vào trong một bình nước có nhiệt độ thay đổi được từ 20°C đến 100°C (Video 36.2). Thí nghiệm chứng tỏ: khi nhiệt độ tăng, thanh đồng nở dài và đẩy đầu đo của đồng hồ micrômet dịch chuyển và làm cho kim của nó quay từ từ trên mặt thang đo. Làm thí nghiệm với các thanh rắn có độ dài và chất kiệu khác nhau (nhôm, sắt, thủy tinh...), ta cũng thu được kết quả tương tự nhưng trị số của thay đổi phụ thuộc chất liệu của vật rắn.

Video 36.1

  b) Kết quả của phép đo độ dài lo của thanh đồng ở 20°C và độ nở dài Δl ứng với độ tăng nhiệt độ Δt của nó (tính từ 200C đến t0C) (Video 36.2) cho ta thấy hệ số α có giá trị không đổi. Như vậy, ta có thể viết: (36.1)

  Tính độ nở dài tỉ đối e = Δl/l0 của thanh đồng ứng với độ tăng nhiệt độ Δt. Ta suy ra công thức:

     (36.2)

Video 36.2. Mô phỏng thí nghiệm

 c) Làm thí nghiệm với các thanh rắn có độ dài và chất liệu khác nhau (nhôm, sắt, thủy tinh,...), ta cũng thu được kết quả tương tự như trên, nhưng trị số α thay đổi phụ thuộc chất liệu của thanh rắn (Bảng 36.1).

Bảng 36.1. Hệ số nở dài của một số chất liệu

 2. Kết luận

 Sự tăng độ dài của thanh rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở dài. Kết quả của nhiều thí nghiệm chứng tỏ độ nở dài Δl của thanh rắn tỉ lệ với độ dài l0 của nó ở 200C và độ tăng nhiệt độ Δt: (36.3)

  trong đó, α là hệ số nở dài (phụ thuộc vào chất liệu của vật rắn), đơn vị 1/K hay K-1.

Một dây tải điện ở 20oC có độ dài 1800m. Hãy xác định độ nở dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến 50oC về mùa hè. Cho biết hệ số nở dài của dây tải điện là α = 11,5.10-6 K-1.

Đáp số: D l = 0,621(m).

II - SỰ NỞ KHỐI

 Khi bị nung nóng, kích thước của vật rắn (đồng chất, đẳng hướng) theo mọi hướng đều tăng nên thể tích của nó tăng (Video 36.3). Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối.

  Độ nở khối:

ΔV = V - V0 = βV0Δt (36.4)   

  trong đó  gọi là hệ số nở khối với , đơn vị 1/K hay K-1.

Video 36.3a

Video 36.3b

Hình 36.1

III - ỨNG DỤNG

 Trong kĩ thuật chế tạo và lắp đặt máy móc hoặc xây dựng công trình, người ta phải tính toán để khắc phục tác dụng có hại của sự nở vì nhiệt sao cho các vật rắn không bị cong hoặc nứt, gãy khi nhiệt độ thay đổi. Ví dụ : Đoạn nối các thanh ray xe lửa phải có khe hở (Hình đầu bài học này), trên các công trình cầu (Hình 36.2), các ống kim loại dẫn hơi nước phải có đoạn uốn cong (Hình 39.3),...

  Mặt khác người ta lại lợi dụng sự nở vì nhiệt của các vật rắn để lồng ghép đai sắt vào các bánh xe, để chế tạo băng kép (Video 36.4) dùng làm rơle đóng - ngắt tự động mạch điện; hoặc để chế tạo các ampe kế nhiệt hoạt động dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện dùng đo cả dòng điện một chiều và xoay chiều,...

Hình 36.2

 

Hình 36.3

 

Video 36.4. Nguyên tắc hoạt động của rơle nhiệt (có trong nồi cơm điện, bàn ủi điện,..)

 

Hình 36.4

 

Hình 36.5. Sự nở vì nhiệt của vật rắn có hại

 

 

 

Sự nở vì nhiệt là sự tăng kích thước của các vật rắn khi nhiệt độ tăng do bị nung nóng, bao gồm: nở dài (tăng độ dài) và nở khối (tăng thể tích).

Độ nở dài của vật rắn tỉ lệ với độ dài lo của nó ở 0°C và độ tăng nhiệt độ t:

suy ra độ dài của vật rắn ở t°C bằng :

l = lo(1 + alphat)

trong đó,  là hệ số nở dài(phụ thuộc vào chất liệu của vật rắn), đơn vị 1/K hay K-1.

Độ nở khối của vật rắn tỉ lệ với thể tích Vo của nó ở 0°C và độ tăng nhiệt độ t:

 

suy ra thể tích của vật rắn ở t°C bằng: V ganbangVo(1 + betat)

trong đó  gọi là hệ số nở khối với , đơn vị 1/K hay K-1.

 

Câu 1. Sự nở dài là gì? Công thức tính độ nở dài? Nêu ý nghĩa và đơn vị đo của hệ số nở dài của vật rắn.

Câu 2. Sự nở khối là gì? Công thức tính? Nêu ý nghĩa và đơn vị đo của hệ số nở khối của vật rắn.

Câu 3. Hãy kể các ứng dụng sự nở vì nhiệt của vật rắn trong kĩ thuật và trong đời sống.

Câu 4. Sự nở vì nhiệt của vật rắn có lợi hay có hại? Cách khắc phục?

 

 

 

36.1. Ghép nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứng ở cột bên phải để thành một câu có nội dung đúng.

1. Sự tăng độ dài của thanh rắn khi nhiệt độ tăng là

a) sự  nở khối.

2. Công thức Dl = l – l0 = l0Dt (với l0 và l lần lượt là độ dài của thanh rắn ở nhiệt độ đầu t0 và nhiệt độ cuối t, còn Dt = t – t0 là độ tăng nhiệt độ của thanh rắn ,  là hệ số tỉ lệ) gọi là

b) một trên độ (1/K).

3. Đại lượng vật lý cho biết độ nở dài tỉ đối của thanh rắn khi nhiệt độ tăng thêm một độ (1 K hoặc 10C) gọi là

c) hệ số nở dài.

4. Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng là

d) sự nở dài.

5. Công thức DV = V – V0 = V0 Dt  (với V0 và V lần lượt là thể tích của vật rắn ỡ nhiệt độ đầu t0 và nhiệt độ cuối t, còn Dt = t – t0 là độ tăng nhiệt độ ,  là hệ số tỉ lệ ) gọi là

đ) công thức nở khối.

6. Đơn vị đo của các hệ số nở dài và nở khối là

e) công thức nở dài.

36.2 : So sánh sự nở dài của nhôm, đồng và sắt bằng cách liệt kê chúng theo thứ tự giảm dần của hệ số nở dài. Phương án nào sau đây là đúng?

A. Nhôm , đồng , sắt.

B. Sắt , đồng , nhôm.

C. Đồng , nhôm , sắt.

D. Sắt , nhôm , đồng.

36.3. So sánh sự nở dài của thủy tinh, thạch anh và hợp kim inva bằng cách liệt kê chúng theo thứ tự giảm dần của hệ số nở dài. Thạch  anh có hệ số nở dài là 1,5.10-6   K-1 . Phương án  nào sau đây là đúng?

A. Inva, thủy tinh, thạch anh.

B. Thủy tinh, inva, thạch anh.

C. Inva , thạch anh, thủy tinh.

D. Thủy tinh, thạch anh, inva.

36.4 : Nguyên tắc hoạt động của dụng cụ nào dưới đây không liên quan đến sự nở vì nhiệt ?

A. Băng kép.

B. Ampe kế nhiệt.

C. Nhiệt kế kim loại.

D. Đồng hồ bấm giây.

36.5. Một băng kép gồm hai lá kim loại phẳng, ngang có độ dài và tiết diện giống nhau được ghép chặt với nhau bằng các đinh tán: là đống ở phía dưới , là thép ở phía trên. Khi bị nung nóng thì băng kép này sẽ bị uốn cong xuống hay cong lên? Vì sao?

A. Bị uốn cong xuống phía dưới. Vì đồng có hệ số nở dài lớn hơn thép.

B. Bị uốn cong lên phía trên. Vì thép có hệ số nở dài lớn hơn đồng.

C. Bị uốn cong xuống phía dưới. Vì đồng có hệ số nở dài nhỏ hơn thép.

D. Bị uốn cong lên phía trên. Vì thép có hệ số nở dài nhỏ hơn đồng.

36.6. Một thanh dầm cầu bằng sắt có độ dài 10 m khi nhiệt độ ngoài trời là 100C. Độ dài của thanh dầm cầu sẽ tăng thêm bao nhiêu khi nhiệt độ ngoài trời là 400C? Hệ số nở dài của sắt là 12.10-6 K-1 .

A. Tăng xấp xỉ 36 mm.

B. Tăng xấp xỉ 1,2 mm.

C. Tăng xấp xỉ 3,6 mm.

D. Tăng xấp xỉ 4,8 mm.

36.7. Một thanh nhôm và một thanh thép ở 00C  có cùng độ dài là l0 . Khi nung nóng tới 1000C thì độ dài của hai thanh chênh lệch nhau 0,50 mm. Hỏi độ dài l0 của hai thanh này ở 00C là bao nhiêu ? Hệ số nở dài của nhôm là 24.10-6 K-1 và của thép là 12.10-6 K-1 .

A. l0  417 mm.

B. l0  500 mm.

C. l0  250 mm.

D. l0  1500 mm.

36.8. Một tấm đồng hình vuông ở 00C có cạnh dài 50 cm. Cần nung nóng tới nhiệt độ t là bao nhiêu để diện tích của đồng tăng thêm 16 cm2? Hệ số nở dài của đồng là 17.10-6 K-1 .

A. t  5000C.

B. t  1880C.

C. t  8000C.

D. t  1000C.

36.9. Để chế tạo các cực của bóng đèn điện, người ta không dùng đồng hoặc thép mà phải dùng hợp kim platinit (thép pha platin. Tại sao?

36.10. Trong công nghệ đúc kim loại (đồn g, gang , ...) , người ta phải chế tạo khuôn đúc có thể tích bên trong lớn hơn thể tích của vật đúc. Tại sao?

36.11. Khi mua cốc thủy tinh, người ta thường chọn cốc mỏng mà không chọn cốc dày. Hơn nữa, trước khi rót nước sôi vào trong cốc , thường bỏ vào trong cốc thủy tinh một chiếc thìa bằng nhôm hoặc bằng thép inôc. Tại sao ?

36.12. Một thước kẹp bằng thép có giới hạn đo là 150 mm được khắc vạch chia ở 100C. Tính sai số của thướt  kẹp này khi sử dụng nó ở 400C. Hệ số nở dài của thép dùng làm thướt kẹp là 12.10-6 K-1.

Nếu thướt kẹp nói trên được làm bằng hợp kim inva (thép pha 36% niken) thì sai số của thướt kẹp này khi sử dụng nó ở 400C sẽ là bao nhiêu ? Hệ số nở dài của hợp kim inva là 0,9.10-6 K-1.

36.13. Tính lực kéo tác dụng lên thanh thép có tiết diện 1 cm2 để làm thanh này dài thêm một đoạn bằng độ nở dài của thanh khi nhiệt độ của nó tăng thêm 1000C? Suất đàn hồi của thép là 20.1010 Pa và hệ số  nở dài của nó là 12.10-6 K-1.

36.14. Tại tâm của một đĩa tròn bằng sắt có một lỗ thủng. Đường kính lỗ thủng ở 00C bằng 4,99 mm. Tính nhiệt độ cần phải nung nóng đĩa sắt để có thể bỏ vừa lọt qua lỗ thủng của nó một viên bi sắt đường kính 5,00 mm ở cùng nhiệt độ đó? Hệ số nở dài của sắt là 12.10-6 K-1.

 

 

 

 

Chiếc cốc biết đi 

 

 

https://thuvienvatly.com/home/component/option,com_remository/Itemid,215/func,fileinfo/id,3176/

https://baigiang.violet.vn/present/show?entry_id=216189

https://xuan0606.violet.vn/present/show/entry_id/847302

https://ltt-physics.violet.vn/document/show/entry_id/788243

https://ltt-physics.violet.vn/document/show/entry_id/788329

https://d.violet.vn/download.php?id=620865&path=%2Fuploads%2Fresources%2F193%2Fquiz.swf&file=Trac+nghiem+bai+36+-+Su+no+vi+nhiet+cua+vat+ran%0A%28VL10+Chuan%29&user=113943

https://hocmai.vn/mod/quiz/view.php?id=10544