Pothuajse të gjitha substancat (të ngurta, lëngje dhe gazra) zgjerohen gjatë ngrohjes dhe tkurren gjatë ftohjes. Zgjerimi i një lënde gjatë ngrohjes quhet zgjerim termik i asaj substance. Ekzistojnë tre lloje të zgjerimit: linear (rritje në gjatësi), sipërfaqësor (rritje në sipërfaqe) dhe zgjerim kub (rritje në vëllim). Lëndët e ngurta kanë një formë të caktuar, kështu që kur një lëndë e ngurtë nxehet ajo zgjerohet në të gjitha drejtimet, p.sh. gjatësia, sipërfaqja dhe vëllimi rriten gjatë ngrohjes. Lëngjet dhe gazrat tregojnë vetëm zgjerim kub. Me ngrohje, lëngjet zgjerohen më shumë se të ngurta dhe gazrat zgjerohen shumë më tepër se lëngjet. Në këtë mësim do të mësoni:
Me ngrohjen e një trupi të ngurtë, energjia mesatare kinetike e molekulave të ngurtës rritet. Ata fillojnë të vibrojnë rreth pozicionit të tyre mesatar me një amplitudë të madhe. Rezultati është se pozicioni i tyre mesatar ndryshon në mënyrë që ndarja ndër-molekulare midis molekulave të rritet, kështu që trupi i ngurtë zgjerohet në të gjitha drejtimet.
Eksperiment: Merrni një top metalik dhe një unazë.
i) Rregulloni topin dhe unazën metalike siç tregohet në figurën më poshtë (figura a). Topi metalik thjesht duhet të kalojë nëpër unazë kur të dyja janë në temperaturën e dhomës.
ii) Tani ngrohni topin metalik në një djegës (figura b)
iii) Vendoseni sërish unazën dhe përpiquni ta kaloni topin nëpër unazë. Do të vini re se topi ngec.
Arsyeja: Me ngrohje, topi zgjerohet dhe bëhet më i madh në diametër.
Tani lëreni topin të ftohet dhe përsëri provoni ta kaloni topin nëpër unazë, do të vini re se topi tani kalon nëpër unazë. Kjo ndodh sepse me ftohje, topi tkurret.
Zgjerimi linear
Sa herë që ka një rritje të gjatësisë së një trupi për shkak të ngrohjes, atëherë zgjerimi quhet zgjerim linear. Le të shqyrtojmë zgjerimin linear në një shufër metalike. Rritja e gjatësisë së një shufre metalike gjatë ngrohjes varet nga tre faktorët e mëposhtëm:
Shënim: Rritja e gjatësisë së shufrës gjatë ngrohjes nuk varet nga fakti nëse ajo është e zbrazët apo e fortë
Zgjerimi sipërfaqësor i trupave të ngurtë
Kur një pllakë metalike nxehet, gjatësia dhe gjerësia e saj rriten të dyja. Kjo rrit sipërfaqen e pllakës. Një rritje në sipërfaqen e pllakës varet nga:
Zgjerimi kub i trupave të ngurtë
Kur të ngurta nxehet, gjatësia, gjerësia dhe trashësia e saj rriten të gjitha, duke rritur kështu vëllimin. Eksperimentalisht vërehet se rritja e vëllimit të një trupi të ngurtë varet nga:
| Nëse L 0 është gjatësia e një shufre në 0 o C dhe gjatësia e saj në t o C është L t , atëherë një rritje në gjatësi jepet si L t - L 0 = L 0 α t α është koeficienti i zgjerimit linear i cili varet nga materiali i shufrës. Njësia e saj është për o C |
| Nëse A 0 është sipërfaqja e një pllake në 0 o C dhe sipërfaqja e saj në t o C është A t , atëherë një rritje në sipërfaqe jepet si A t - A 0 = A 0 β t β është koeficienti i zgjerimit sipërfaqësor i cili është i ndryshëm për trupa të ndryshëm të ngurtë. |
| Nëse V 0 është vëllimi i një trupi të ngurtë në 0 o C dhe sipërfaqja e tij në t o C është V t , atëherë rritja e vëllimit jepet si V t - V 0 = V 0 γ t γ është koeficienti i zgjerimit kub i cili është i ndryshëm për materiale të ndryshme. |
Marrëdhënia midis α, β dhe γ: α : β : γ = 1 : 2 : 3 |
Koeficienti i zgjerimit linear të disa trupave të ngurtë
| Substanca | Koeficienti i zgjerimit linear ( x 10 -6 për o C) |
| Alumini | 24 |
| Tunxh | 19 |
| Bakri | 17 |
| Hekuri | 12 |
| Invar | 0.9 |
Zgjerimi termik i lëndëve të ngurta në jetën e përditshme
1. Binarët hekurudhor : Binarët e shinave hekurudhore janë prej çeliku. Gjatë shtrirjes së binarëve të hekurudhës në impiantet prej druri ose betoni, lihet një hendek i vogël midis gjatësisë së njëpasnjëshme të shinave siç tregohet në figurën më poshtë. Arsyeja është se në verë për shkak të rritjes së temperaturës atmosferike secila shinë tenton të rritet në gjatësinë e saj, kështu që lihet një hendek midis dy binarëve, përndryshe, hekurudha do të përkulet anash.
2. Kabllot elektrike dhe telat e telefonit: Kablloja elektrike në linjën e transmetimit të energjisë dhe telat e telefonit ndërmjet dy poleve mund të prishen në dimër për shkak të tkurrjes dhe mund të ulen në verë për shkak të zgjerimit. Prandaj, gjatë vendosjes së telit midis dy shtyllave, kujdeset që në verë ato të mbahen pak të lirshme në mënyrë që të mos prishen në dimër për shkak të tkurrjes. Dhe gjatë shtrimit të tyre në dimër, ato mbahen me geta që të mos varen shumë në verë për shkak të zgjerimit.
3. Enët e qelqit të përdorura në kuzhinë: Enët e qelqit që përdoren në kuzhinë janë përgjithësisht prej xhami pirex. Arsyeja është se xhami pyrex ka një koeficient shumë të ulët të zgjerimit kub, kështu që enët e qelqit gjatë ngrohjes nuk zgjerohen dhe çahen.
Ashtu si lëndët e ngurta, lëngjet gjithashtu zakonisht zgjerohen gjatë ngrohjes. Lëngjet zgjerohen shumë më tepër se lëndët e ngurta kur nxehen. Meqenëse lëngu nuk ka një formë të caktuar, por ka një vëllim të caktuar, prandaj lëngjet kanë vetëm zgjerim kub.
Përjashtim: Uji tkurret me ngrohjen e tij nga 0 o C në 4 o C dhe më pas përtej 4 o C me ngrohjen e mëtejshme ai zgjerohet. Kjo quhet sjellje anormale e ujit.
Eksperiment: Merrni një kavanoz, mbushni tre të katërtat me ujë dhe mbylleni kavanozin. Mbajeni në flakë. Do të vini re se ndërsa uji nxehet gjithnjë e më shumë, niveli i ujit në kavanoz rritet.
Shënim: Kur një lëng që ndodhet në kavanoz nxehet, fillimisht kavanoza nxehet dhe kështu do të zgjerohet për shkak të së cilës niveli i lëngut bie. Pas kësaj, kur nxehtësia të arrijë lëngun, ajo do të zgjerohet, kështu që niveli i lëngut do të rritet. Kështu, zgjerimi real i lëngut është më shumë se zgjerimi i vërejtur.
Faktorët që ndikojnë në zgjerimin kub të një lëngu
Zgjerimi kub i një lëngu varet nga tre faktorët e mëposhtëm:
Nëse V 0 është vëllimi i lëngut në 0 o C dhe V t vëllimi i lëngut në t o C, atëherë një rritje në vëllimin e lëngut jepet si
V t - V o = V 0 γ t
ku γ është koeficienti i zgjerimit kub të lëngut .
Koeficienti i zgjerimit kub të disa lëngjeve
| E lëngshme | Koeficienti i zgjerimit kub γ ( x 10 -4 për o C) |
| Mërkuri | 1.8 |
| Ujë (mbi 15 O C) | 3.7 |
| Vaj parafine | 9.0 |
| Alkooli | 11.0 |
Zbatimi i zgjerimit termik të lëngjeve në jetën e përditshme
Zgjerimi termik i lëngut përdoret në punën e një termometri merkuri. Termometri i merkurit përbëhet nga një tub kapilar me një skaj të mbyllur dhe një llambë cilindrike në skajin tjetër. Llamba është e mbushur me merkur. Mërkuri është një lëng me shkëlqim, kështu që niveli i tij mund të shihet lehtësisht në tubin kapilar. Kur llamba e termometrit mbahet në kontakt me një trup të nxehtë, merkuri zgjerohet. Niveli i merkurit rritet në tubin kapilar. Tubi është graduar për të lexuar temperaturën. Për çdo shkallë Celsius rritje të temperaturës, merkuri zgjerohet me të njëjtin vëllim, kështu që kalibrimi i termometrit bëhet më i lehtë.
Gazrat gjithashtu zgjerohen kur nxehen. Gazrat zgjerohen shumë më tepër se lëngjet dhe trupat e ngurtë. Ashtu si lëngjet, gazrat nuk kanë një formë të caktuar, kështu që ata gjithashtu kanë vetëm zgjerim kub. Megjithatë, gazrat që përmbahen në një vëllim fiks nuk mund të zgjerohen - dhe kështu rritja e temperaturës rezulton në rritje të presionit.
Eksperiment: Merrni një shishe bosh. Ngjitni një tullumbace gome në qafën e saj. Fillimisht, tullumbace shfryhet. Vendoseni shishen në një banjë uji që përmban ujë të valë. Pas ca kohësh do të vini re se balona fryhet siç tregohet në figurën e mëposhtme. Kjo tregon se me ngrohje, ajri i mbyllur në shishe zgjerohet dhe mbush tullumbace në mënyrë që tullumbace të fryhet.
Zbatimi i zgjerimit termik të gazeve në jetën e përditshme
Balona me ajër të nxehtë: Balonat me ajër të nxehtë funksionojnë në parimin e ndryshimit të zgjerimit termik midis një gazi dhe një trupi të ngurtë. Për shkak se ajri i nxehtë brenda çantës së balonës rritet në madhësi më shpejt se kontejneri, ai e shtrin çantën në mënyrë që të zgjerohet dhe të zhvendosë ajrin më të ftohtë (më të rëndë) jashtë çantës. Dallimi midis densitetit të ajrit brenda dhe jashtë çantës, bën që baloni të ngrihet. Ftohja e ajrit brenda çantës bën që baloni të zbresë.
Kur një substancë nxehet, vëllimi i saj rritet, ndërsa masa e saj mbetet e njëjtë, prandaj, dendësia e substancës (duke qenë raporti i masës me vëllimin e saj), zvogëlohet me rritjen e temperaturës. Në rastin e lëndëve të ngurta, ulja e densitetit nuk është e dukshme, por në rastin e lëngjeve dhe gazeve, me rritjen e temperaturës, vëllimi rritet me një sasi të konsiderueshme, dhe për këtë arsye ulja e densitetit është mjaft e dukshme.
