Vật lý 6: Lý thuyết sự nở vì nhiệt của chất rắn (+ giải đáp bài tập dễ hiểu)

Sự giãn nở nhiệt của chất rắn có thể thấy rất nhiều trong đời sống hàng ngày. Bởi trên thực tế, khi nhiệt độ môi trường thay đổi thì chất rắn cũng sẽ có những thay đổi nhất định. Để hiểu rõ hơn về vấn đề này cũng như giúp các bạn có kiến ​​thức chuyên môn về ứng dụng sự giãn nở nhiệt của chất rắn, timhieulichsuquancaugiay.edu.vn sẽ cung cấp những thông tin hữu ích trong bài viết sau.

Lý thuyết giãn nở nhiệt của chất rắn

Các nhà vật lý giải thích sự giãn nở nhiệt của chất rắn bằng cách nói rằng khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, chất rắn sẽ nở ra; nhưng khi nhiệt độ giảm thì chất rắn sẽ co lại.

Vật rắn được tạo thành từ nhiều vật liệu khác nhau như đồng, nhôm, sắt,… Mỗi vật liệu sẽ có hiện tượng giãn nở nhiệt khác nhau.

Sự giãn nở nhiệt của chất rắn được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và xảy ra thường xuyên xung quanh chúng ta. Chất rắn có hai loại đàn hồi: độ giãn dài (thay đổi kích thước theo chiều dài) và độ giãn nở khối (thay đổi kích thước theo thể tích).

Ví dụ về sự giãn nở nhiệt của chất rắn

Ví dụ 1: Tháp Ephen

Tháp Eiffel ở Paris là một tòa tháp thép nổi tiếng thế giới. Người ta đo chiều cao của tháp vào ngày 1 tháng 1 năm 1890 và ngày 1 tháng 7 năm 1890. Kết quả cho thấy trong vòng 6 tháng tháp đã cao hơn 10cm.

Chúng ta có thể áp dụng lý thuyết giãn nở nhiệt của chất rắn để giải thích sự thay đổi này.

Cụ thể, tháng 1 ở Pháp là mùa đông, nhiệt độ vẫn tương đối thấp. Tháng 7 sẽ rơi vào tháng hè, nhiệt độ cao hơn nhiều so với tháng 1. Mặt khác, tháp Ephphen được làm bằng thép. Vì vậy, tháp sẽ giãn nở cùng với sự thay đổi về nhiệt độ, ảnh hưởng đáng kể đến chiều cao của tháp. Vào tháng 7, tháp sẽ nở hoa và cao hơn mùa đông từ 10 – 15 cm.

Ví dụ 2: Thí nghiệm với một quả bóng kim loại

Để thực hiện thí nghiệm, chúng ta cần chuẩn bị một quả cầu và hình tròn, tất cả đều làm bằng kim loại (Hình).

• Trước khi làm nóng, quả bóng kim loại sẽ lọt hoàn toàn qua vòng. Nhưng sau khi làm nóng quả bóng bằng đèn trong 3 phút, quả bóng không thể đi qua vòng rổ như trước nữa.

• Tiếp theo, chúng ta tiến hành nhúng quả cầu kim loại đã đun nóng vào nước lạnh. Khi đó, quả bóng có thể lọt qua vòng tròn như trước.

Để giải thích hiện tượng này, chúng ta có thể áp dụng lý thuyết giãn nở nhiệt của chất rắn: Khi quả cầu nóng lên, nó sẽ nóng lên khiến thể tích của nó tăng lên nên không thể lọt qua vòng. ban đầu. Mặt khác, khi nhúng vào nước lạnh, nhiệt độ của quả cầu giảm đi đáng kể, khiến quả cầu co lại, khiến thể tích của nó nhỏ hơn so với khi đun nóng. Do đó, quả bóng có thể đi qua vòng ban đầu.

Phát biểu kết luận về sự giãn nở nhiệt của chất rắn

Sau khi nêu lý thuyết và ví dụ cụ thể, chúng ta có thể rút ra những ý chính về hiện tượng giãn nở nhiệt của chất rắn như sau:

• Chất rắn sẽ nở ra khi nhiệt độ tăng; và khi nhiệt độ giảm thì chất rắn sẽ co lại.

• Các chất rắn khác nhau sẽ có sự giãn nở nhiệt khác nhau.

So sánh sự giãn nở nhiệt của chất rắn

Sự giãn nở nhiệt khác nhau giữa các loại chất rắn.

Ví dụ, một vật làm bằng sắt sẽ nở ra do nhiệt khác với một vật làm bằng nhôm.

Bảng dữ liệu dưới đây đã được các nhà vật lý nghiên cứu và chứng minh, cho thấy hệ số giãn nở khác nhau của từng loại vật liệu.

Đối với chất rắn, người ta sẽ phân biệt dựa vào độ nở dài và độ nở thể tích. Nếu chúng ta nhận thấy sự thay đổi về chiều dài của vật rắn thì đây là độ giãn dài.

Nếu thể tích của vật rắn thay đổi ở mỗi nhiệt độ khác nhau thì đây là sự giãn nở khối lượng. Tuy nhiên, trên thực tế, trong các bảng số liệu cụ thể, người ta thường sẽ ghi hệ số giãn nở chiều dài của vật liệu thay vì ghi hệ số giãn nở khối.

Sự giãn nở của chất rắn

Độ giãn dài là sự giãn nở về chiều dài của vật rắn ở các nhiệt độ khác nhau. Cụ thể hơn, nếu chúng ta xem xét và nhận thấy rằng chiều dài của một vật rắn là khác nhau trước và sau khi nung nóng hoặc làm nguội thì đây là độ giãn dài. Theo các nhà vật lý, chiều dài giãn nở (Dl) của một vật rắn đồng nhất sẽ tỷ lệ thuận với độ tăng nhiệt độ và chiều dài ban đầu.

Ngoài ra, khi nhiệt độ của vật rắn trở về trạng thái ban đầu thì kích thước của vật cũng sẽ co/nhỏ lại. Điều này dựa trên lý thuyết giãn nở nhiệt của chất rắn: khi nhiệt độ giảm thì chiều dài của vật cũng giảm. Đây là nguyên lý giãn nở của chất rắn.

Sự giãn nở khối lượng lớn của chất rắn

Chúng ta có thể dễ dàng đo được sự thay đổi của một vật rắn có hình dạng thon dài. Tuy nhiên, đối với một số vật hình khối và hình cầu, chúng ta cần xét sự giãn nở khối lượng thay vì sự giãn nở nhiệt. Cụ thể, khi nhiệt độ của vật rắn tăng/giảm thì thể tích của vật đó cũng tăng/giảm.

Xem thêm: Lý thuyết vật lý 6 bài 19 Sự giãn nở nhiệt của chất lỏng (Bài tập dễ hiểu)

Ứng dụng sự giãn nở nhiệt của chất rắn trong đời sống

Sự giãn nở nhiệt của chất rắn có nhiều ứng dụng trong đời sống, đặc biệt là trong lĩnh vực kỹ thuật. Ví dụ:

• Trong sản xuất băng tần kép (bộ phận chính của rơle nhiệt), khi được làm nóng hoặc làm mát, chúng sẽ thay đổi (giãn ra hoặc co lại). Vì vậy, người ta có thể áp dụng nó để thiết kế các thiết bị tự động bật, tắt mạch điện khi có sự thay đổi nhiệt độ đột ngột.

• Trong lĩnh vực chế tạo máy móc hay xây dựng, các kỹ sư phải tính toán kỹ lưỡng để khắc phục những sự cố nguy hiểm có thể xảy ra do sự giãn nở nhiệt. Khi nhìn vào đường ray xe lửa, chúng ta có thể nhận thấy những khoảng trống được thiết kế giữa các thanh sắt. Điều này sẽ giúp đường ray không bị biến dạng hoặc va chạm khi nhiệt độ tăng cao vào mùa hè, gây nguy hiểm cho hành khách đi tàu.

• Ở đầu cán dao, liềm gỗ thường được gắn vào một đai sắt, dùng để giữ chặt liềm và lưỡi dao. Khi lắp mũi khâu, người thợ rèn sẽ làm nóng mũi khâu rồi áp vào tay cầm vì khi nung nóng, nhiệt độ tăng lên, mũi khâu sẽ nở ra nên rất dễ lắp vào tay cầm. Khi nguội, đường khâu sẽ co lại và thắt chặt. chặn tay cầm.

Bài tập về sự giãn nở vì nhiệt của chất rắn lớp 6

Bài 1: Một lọ thủy tinh đậy kín bằng nút thủy tinh. Khi nút bị kẹt, bạn nghĩ nên làm gì để dễ dàng tháo nút ra khỏi lọ mà không làm vỡ hay hư hỏng lọ thủy tinh?

A. Đun nóng cổ lọ.

B. Làm nóng nút

C. Đun nóng đáy lọ.

D. Đun nóng cả nút và cổ chai.

Hướng dẫn: Chọn đáp án A vì khi đun nóng, cổ chai sẽ nở ra do nhiệt độ tăng cao, nút chai bị lỏng. Khi đó chúng ta sẽ có thể mở nút thủy tinh mà không làm hỏng lọ.

Bài 2: Băng kép hoạt động dựa trên hiện tượng sau:

A. Chất rắn co lại do lạnh.

B. Chất rắn nở vì nhiệt ít hơn chất lỏng.

C. Các chất rắn khác nhau giãn nở và co lại khác nhau do nhiệt.

D. Chất rắn nở ra khi nóng lên.

Hướng dẫn: Chọn câu C vì các chất rắn khác nhau sẽ nở ra và co lại khác nhau khi nhiệt độ tăng lên.

Bài 3: Tại sao khoảng cách giữa các viên gạch đặt ngoài trời lại lớn hơn khoảng cách giữa các viên gạch đặt trong nhà?

A. Vì bên trong ngôi nhà sẽ đẹp hơn.

B. Bởi vì việc lát ngoài trời như vậy có lợi cho gạch.

C. Do nhiệt độ thời tiết ngoài trời tăng cao dẫn đến sự giãn nở giữa các viên gạch.

D. Tất cả các lựa chọn trên đều đúng.

Hướng dẫn: Chọn đáp án C vì khi thời tiết ngoài trời nóng lên sẽ có sự giãn nở giữa các viên gạch.

Bài 4: Tại sao bạn cho rằng tấm lợp có thiết kế gợn sóng mà không phải là bề mặt phẳng?

Hướng dẫn: Vì tôn sẽ giãn nở do nhiệt khi thời tiết thay đổi nhiệt độ. Nếu nhà bạn có mái tôn thẳng, khi tôn nở ra do nhiệt độ tăng sẽ làm gãy hoặc gãy các vít cố định do không đủ diện tích. Vì vậy, tôn được tạo thành dạng lượn sóng nhằm tạo không gian giúp tôn nở ra khi nhiệt độ môi trường tăng cao, hạn chế hư hỏng mái nhà và bung ốc vít.

Bài 5: Dùng hai thước đo có chất liệu khác nhau để đo chiều dài. Một thước kẻ bằng đồng và một thước kẻ làm bằng nhôm. Nếu nhiệt độ tăng thì bạn sẽ dùng thước nào để đo để có kết quả chính xác hơn? Biết rằng đồng nở vì nhiệt ít hơn nhôm.

Hướng dẫn: Nhôm nở ra do nhiệt nhiều hơn đồng nên dùng thước đồng sẽ ít sai số khi đo.

Phần kết luận

Bài viết trên đã cung cấp những thông tin chi tiết hữu ích cũng như các bài tập cụ thể về sự giãn nở nhiệt của chất rắn. Hy vọng sau khi đọc, độc giả sẽ tích lũy được nhiều kiến ​​thức giúp ích trong quá trình học tập, tự ôn tập cũng như vận dụng tốt các bài học vào cuộc sống hàng ngày.

Nguồn: https://timhieulichsuquancaugiay.edu.vn
Danh mục: Giáo dục