Khoa Học Tự nhiên 8 - Bài 26: Sự nở vì nhiệt | Cánh Diều

Hình 26.1. Tháp Ép-phen

Chuẩn bị

(1) Ống kim loại rỗng, trên thân có bộ phận gắn ống dẫn nước nóng vào và ra, có lỗ để cắm nhiệt kế;

(2) Đồng hồ chỉ thị độ giãn nở có độ chia nhỏ nhất 0,01 mm;

(3) Hai thanh kim loại đồng chất (nhôm và đồng) có chiều dài bằng nhau;

(4) Giá đỡ ống kim loại rỗng, một đầu giá có bộ phận định vị thanh kim loại và điều chỉnh được, đầu còn lại có bộ phận lắp đồng hồ;

(5) Nước đun sôi (100 °C) và nước ở nhiệt độ phòng.

Tiến hành

• Lần 1: Đổ nước sôi qua phễu vào ống kim loại rỗng, trong ống có thanh nhôm, đợi kim đồng hồ chỉ giá trị ổn định, đọc và ghi lại số chỉ của đồng hồ.

Sau đó đổ nước ở nhiệt độ phòng vào ống kim loại rỗng để nhiệt độ ống trở về nhiệt độ phòng.

Khi vật nóng lên, kích thước của vật tăng lên, ta nói vật bị nở vì nhiệt.

Làm thí nghiệm với các vật được làm bằng các chất khác nhau, ta thấy: Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.

Em có biết

Bảng dưới đây cho biết độ tăng chiều dài của thanh có chiều dài 1 mét, được làm bằng các chất khác nhau.

Chuẩn bị

Ba bình giống nhau có gắn ống thuỷ tinh chứa lần lượt: rượu, nước và dầu; khay.

Tiến hành

• Điều chỉnh mực chất lỏng trong mỗi bình ngang nhau (đánh dấu vị trí mực chất lỏng ban đầu) (hình 26.3).

• Đặt ba bình chất lỏng vào cùng một khay, từ từ đổ nước nóng vào khay.

• So sánh mực chất lỏng ở mỗi ống thuỷ tinh sau khi đổ nước nóng vào khay.

Hình 26.3

Từ thí nghiệm trên và nhiều thí nghiệm khác cho thấy chất lỏng nở vì nhiệt. Các chất lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.

Giống như chất rắn và chất lỏng, chất khí cũng nở vì nhiệt. Bảng 26.1 là số liệu thực nghiệm về độ tăng thể tích của 1 000 một số chất khi nhiệt độ của nó tăng thêm 50 °C (ở điều kiện áp suất chất khí không đổi).

Bảng 26.1. Độ tăng thể tích của 1.000 một số chất khi tăng thêm 50 °C (áp suất chất khí không thay đổi)

Chất khí	Chất lỏng	Chất rắn
Không khí: 183	Rượu: 58	Nhôm: 3,45
Hơi nước: 183	Dầu hoả: 55	Đồng: 2,55
Khí oxygen: 183	Thuỷ ngân: 9	Sắt: 1,80

3. Chất lỏng và chất khí nở vì nhiệt như thế nào?

1. Chuẩn bị dụng cụ như hình 26.3, nếu đổ nước lạnh vào khay, hãy dự đoán sự thay đổi mực chất lỏng ở mỗi bình, sau đó tiến hành thí nghiệm kiểm chứng dự đoán của em.

4. Dựa vào bảng 26.1, hãy nhận xét về sự nở vì nhiệt của các chất khí ở điều kiện áp suất không đổi.

2. Nêu một ví dụ về ứng dụng sự nở vì nhiệt của chất khí và giải thích.

3. Ở nhiệt độ bình thường khoảng 20 °C, thanh băng kép có hình dạng thẳng như hình 26.5a.

– Nếu làm nóng thanh như ở hình 26.5b thì thanh thay đổi hình dạng như thế nào?

– Lắp thanh vào mạch điện (hình 26.5c), sau đó làm nóng thanh thì có hiện tượng gì xảy ra? Biết rằng băng kép này có thanh phía dưới nở vì nhiệt ít hơn thanh phía trên.

III. ỨNG DỤNG SỰ NỞ VÌ NHIỆT TRONG THỰC TIỄN

Sự nở vì nhiệt của các chất rắn, lỏng và khí được con người ứng dụng trong đời sống, ví dụ như để chế tạo: nhiệt kế thuỷ ngân đo nhiệt độ cơ thể từ 35 °C đến 42 °C (hình 26.4a), nhiệt kế kim loại đo nhiệt độ trong các lò nướng thức ăn từ 50 °C đến 300 °C (hình 26.4b), khí cầu (hình 26.4c),...

Hình 26.4. Một số ứng dụng sự nở vì nhiệt

 Sự nở vì nhiệt được ứng dụng trong kĩ thuật như chế tạo băng kép. Băng kép được cấu tạo bởi hai thanh làm bằng hai chất nở vì nhiệt khác nhau, được gắn chặt vào nhau dọc theo chiều dài của thanh. Khi nhiệt độ tăng, băng kép cong về phía thanh nở ít hơn. Do có tính chất này mà băng kép được sử dụng để đóng ngắt mạch điện tự động khi nhiệt độ thay đổi ở một số thiết bị điện như: bàn là, ấm đun nước,...

Bên cạnh nhiều công dụng, sự nở vì nhiệt cũng gây ra những tác hại. Ví dụ vào những ngày nắng nóng, các thanh ray bị nở vì nhiệt, nó có thể gây ra những lực rất lớn, có thể làm cong cả những thanh ray tàu hoả. Để ngăn chặn tác hại do sự nở vì nhiệt của các chất gây ra, trong từng trường hợp, người ta đưa ra các giải pháp thích hợp, ví dụ như: gối đỡ ở hai đầu cầu được làm bằng các con lăn thép (hình 26.6a), bia không đóng đầy chai (hình 26.6b), lắp van thoát khí ở nồi áp suất (hình 26.6c).

Hình 26.6