V. DAO ĐỘNG VÀ SểNG ĐIỆN TỪ 1.Mạch dao động:
3. Sự gión nở vỡ nhiệt của cỏc chất
- Sự gión nở vỡ nhiệt của chất rắn:
+ Chất rắn nở ra khi núng lờn co lại khi lạnh đi. + Cỏc chất rắn khỏc nhau nở vỡ nhiệt khỏc nhau.
• Sự nở dài: Giả sử ta cú một vật rắn chiều dài L, khi nhiệt độ tăng thờm
t, chiều dài tăng thờm L thỡ độ tăng chiều dài này được tớnh theo cụng thức:
L = α.L.t
Trong đú: α là một hệ số tỉ lệ gọi là hệ số nở dài, nú cho ta biết sự thay đổi tỉ đối chiều dài của vật khi nhiệt độ tăng lờn 1 đơn vị nhiệt độ. Giỏ trị α thường là nhỏ.
Vớ dụ: Hệ số nở dài của chỡ là: 29.10-6 K-1; của thộp là: 11.10-6 K-1.
• Sự nở khối: Khi khối vật rắn bị nung núng, núi chung kớch thước 3 chiều của nú tăng dẫn đến thể tớch của nú cũng tăng lờn. Với chất lỏng thỡ chỉ cú sự nở khối làcú ý nghĩa. Vỡ vậy với chất lỏng hay chất rắn cú thể tich là V, khi nhiệt độ tăng t thỡ sự thay đổi thể tớch V sẽ là V = β.V.t
Trong đú: β là một hệ số tỉ lệ, gọi là hệ số nở khối. Với chất rắn vụ định hỡnh, đẳng hướng thỡ β = 3α.
- Giải thớch sự nở vỡ nhiệt xuất phỏt từ cấu trỳc phõn tử.
+ Để hiểu tại sao khi nhiệt độ tăng lờn chất rắn lại nở ra, ta xột cấu trỳc của chất rắn. Cỏc chất rắn cú cấu tạo mạng tinh thể, nghĩa là cỏc phõn tử, nguyờn tử, ion của chỳng chiếm cỏc vị trớ xỏc định, tuần hoàn trong khụng gian, giữa chỳng cú lực liờn kết. Thế năng tương tỏc giữa cỏc phõn tử như đồ thị hỡnh bờn tạo thành một hố thế năng khụng đối xứng.
+ Đường cong thế năng U (r) của một cặp nguyờn tử lõn cận trong mạng khụng đối xứng mà tăng nhanh hơn khi cỏc nguyờn tử đẩy nhau (r < ro ) so với khi cỏc nguyờn tử hỳt nhau (r > r0). Chớnh vỡ sự khụng đối xứng này của hàm thế năng đó gõy ra sự nở vỡ nhiệt của vật rắn. Đường nằm ngang E là cơ năng của một cặp nguyờn tử ở nhiệt dộ T nào đú. Ở nhiệt độ này, khoảng cỏch giữa cỏc nguyờn tử cú thể thay đổi trong khoảng từ r1 đến r2 với giỏ trị trung bỡnh là r1 lớn hơn r0. Hơn nữa rT phải tăng lờn ( dịch sang phải ) khi năng lượng E tăng lờn (tức là khi nhiệt độ tăng lờn ), vỡ r2 dịch sang bờn phải
nhiều hơn r1 dịch sang trỏi. Núi một cỏch khỏc kớch thước của vật rắn tăng theo nhiệt độ.
-Sự nở vỡ nhiệt của chất lỏng
+ Chất lỏng nở ra núng lờn, co lại khi lạnh đi. + Cỏc chất lỏng khỏc nhau nở vỡ nhiệt khỏc nhau.
-Một điểm lưu ý là, với chất lỏng phổ biến nhất là nước thỡ sự nở vỡ nhiệt của nước khụng tuõn theo quy luật trờn mà theo quy luật riờng. Muốn biết quy luật này thế nào ta xột thể tớch riờng ( thể tớch ứng với một đơn vị khối lượng ) của nước thay đổi như thế nào theo nhiệt độ. Đồ thị phụ thuộc của thể tớch riờng theo nhiệt độ cú dạng như hỡnh vẽ.
Nhỡn vào hỡnh vẽ ta thấy khi nhiệt độ lớn hơn 4 nước gión nở giống nhau như cỏc chất lỏng khỏc. Ngược lại trong khoảng từ 0 - 4 nước co lại khi nhiệt độ tăng. Ở 4 thể tớch riờng cú giỏ trị cực tiểu. Điều này cú ý nghĩa rất quan trọng là: khi thời tiết lạnh nước hồ, ao sẽ đúng băng từ bao giờ cũng từ trờn mặt dần xuống phớa dưới vỡ khi nhiệt độ tới 4 nước nặng nhất và chỡm cuống dưới. Khi nhiệt độ xuống thấp hơn, nửa lớp nước lạnh ở nguyờn phớa trờn và dần đúng băng.
Chớnh lớp băng do dẫn nhiệt kộm làm cho ở phớa dưới sõu nước khụng tiếp tục đúng băng nữa và nhờ vậy cỏc sinh vật cú thể sống được.
-Sự nở vỡ nhiệt của chất khớ
+ Chất khớ nở ra khi núng lờn, co lại khi lạnh đi. + Cỏc chất khớ khỏc nhau nở vỡ nhiệt giống nhau.
Cỏc phõn tử chất khớ cú lực liờn kết rất yếu nờn nú chuyển động hỗn độn khụng ngừng và cú vận tốc nhanh hơn chất rắn và lỏng. Vỡ vậy, khi bị núng vận tốc chuyển động tăng rất nhanh nờn thể tớch tăng nhiều. Nhưng chất khớ luụn luụn chiếm thể tớch vật đựng nú, vật đựng càng lớn thỡ thể thể tớch chất khớ càng lớn, vật đựng càng nhỏ thỡ chất khớ cũng bị ộp nhỏ lại. Vỡ vậy, khi nghiờn cứu sự gión nở của chất khớ phải chỳ ý đến cả hai mặt thể tớch và ỏp suất.
Nếu chất khớ đựng trong một bỡnh kớn bị đốt núng thỡ vận tốc chuyển động của cỏc phõn tử sẽ tăng lờn và số lần chỳng va chạm vào thành vật chứa cũng nhiều hơn, lực va chạm cũng lớn hơn lờn, kết quả là ỏp lực tăng lờn nờn nhiệt độ của chất khớ tăng, thể tớch khụng đổi nờn suy ra ỏp suất tăng. Nếu vật chứa cú lắp một pittụng thỡ khi nhiệt độ tăng lờn chất khớ sẽ đẩy pittụng ra ngoài nhờ thể tớch gión nở đến một thể tớch nào đú để ỏp suất của nú cõn bằng với ỏp suất của khụng khớ bờn ngoài, do đú chất khớ khi tăng nhiệt độ mà ỏp suất khụng đổi thỡ thể tớch tăng.
Kết luận:
+ Cỏc chất khớ nở vỡ nhiệt hơn chất lỏng, cỏc chất lỏng nở vỡ nhiệt nhiều hơn chất rắn.
+ Hiện tượng nở vỡ nhiệt đúng một vai trũ quan trọng trong kĩ thuật và trong đời sống hàng ngày. Để trỏnh cỏc vật khi nở gõy ra những lực rất lớn giữa cỏc tũa nhà dài bao giờ cũng cú khe co gión, cỏc đường ray cú khoảng hở, cỏc ống dẫn đầu phải cú đoạn uốn, chất làm men răng phải cú hệ số nở vỡ nhiệt giống như men răng, cỏc đinh ốc tỏn vào cầu được nung núng trước để khi nguội ộp chặt hơn…