Takriban vitu vyote (vigumu, vimiminika, na gesi) hupanuka kwenye joto na kupunguzwa kwa kupoeza. Upanuzi wa dutu inapokanzwa huitwa upanuzi wa joto wa dutu hiyo. Kuna aina tatu za upanuzi: mstari (ongezeko la urefu), wa juu juu (ongezeko la eneo), na upanuzi wa cubical (ongezeko la sauti). Vigumu vina umbo dhahiri, kwa hivyo kigumu kinapopashwa joto hupanuka kila upande yaani urefu, eneo na ujazo vyote huongezeka wakati wa kukanza. Kioevu na gesi huonyesha upanuzi wa ujazo pekee. Inapokanzwa, vimiminika hupanuka zaidi ya yabisi na gesi hupanuka zaidi kuliko vimiminika. Katika somo hili, utajifunza:
Inapokanzwa kigumu, wastani wa nishati ya kinetiki ya molekuli za kigumu huongezeka. Wanaanza kutetemeka juu ya msimamo wao wa maana na amplitude kubwa. Matokeo yake ni kwamba nafasi yao ya wastani hubadilika hivi kwamba utengano wa baina ya molekuli kati ya molekuli huongezeka, kwa hivyo ile gumu hupanuka katika pande zote.
Jaribio: Chukua mpira wa chuma na pete.
i) Panga mpira wa chuma na pete kama inavyoonekana kwenye picha hapa chini (takwimu a). Mpira wa chuma unapaswa kuteleza kwenye pete wakati zote ziko kwenye joto la kawaida.
ii) Sasa pasha moto mpira wa chuma kwenye burner (takwimu b)
iii) Weka pete tena na ujaribu kupitisha mpira kwenye pete. Utagundua kuwa mpira unakwama.
Sababu: Inapokanzwa, mpira hupanuka na kuwa kubwa kwa kipenyo.
Sasa kuruhusu mpira kupoa na tena jaribu kupitisha mpira kupitia pete, utaona kwamba mpira sasa unapita kwenye pete. Hii ni kwa sababu kwenye kupoa, mpira unaingia mikataba.
Upanuzi wa Linear
Wakati wowote kunapoongezeka urefu wa mwili kutokana na joto basi upanuzi huo huitwa upanuzi wa mstari. Wacha tuzingatie upanuzi wa mstari katika fimbo ya chuma. Kuongezeka kwa urefu wa fimbo ya chuma inapokanzwa inategemea mambo matatu yafuatayo:
Kumbuka: Kuongezeka kwa urefu wa fimbo inapokanzwa haitegemei ikiwa ni mashimo au imara
Upanuzi wa juu juu wa yabisi
Wakati sahani ya chuma inapokanzwa, urefu na upana wake wote huongezeka. Hii huongeza eneo la sahani. Kuongezeka kwa eneo la sahani inategemea:
Upanuzi wa ujazo wa yabisi
Wakati imara inapokanzwa, urefu, upana, na unene wake wote huongezeka, hivyo huongeza kiasi. Kwa majaribio inazingatiwa kuwa ongezeko la kiasi cha dhabiti inategemea:
| Ikiwa L 0 ni urefu wa fimbo kwa 0 o C na urefu wake kwa t o C ni L t , basi ongezeko la urefu linatolewa kama L t - L 0 = L 0 α t. α ni mgawo wa upanuzi wa mstari ambao unategemea nyenzo za fimbo. Sehemu yake ni kwa o C |
| Ikiwa A 0 ni eneo la sahani kwa 0 o C na eneo lake kwa t o C ni A t , basi ongezeko la eneo linatolewa kama A t - A 0 = A 0 β t. β ni mgawo wa upanuzi wa juu juu ambao ni tofauti kwa yabisi tofauti. |
| Ikiwa V 0 ni ujazo wa kitu kigumu kwa 0 o C na eneo lake kwa t o C ni V t , basi ongezeko la sauti hutolewa kama V t - V 0 = V 0 γ t. γ ni mgawo wa upanuzi wa cubical ambao ni tofauti kwa nyenzo tofauti. |
Uhusiano kati ya α, β na γ: α : β : γ = 1: 2: 3 |
Mgawo wa upanuzi wa mstari wa baadhi ya vitu vikali
| Dawa | Mgawo wa upanuzi wa mstari ( x 10 -6 kwa o C) |
| Alumini | 24 |
| Shaba | 19 |
| Shaba | 17 |
| Chuma | 12 |
| Invar | 0.9 |
Upanuzi wa joto wa vitu vikali katika maisha ya kila siku
1. Njia za reli: Reli za njia za reli zimetengenezwa kwa chuma. Wakati wa kuweka njia za reli kwenye mimea ya mbao au saruji, pengo ndogo huachwa kati ya urefu wa reli kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu hapa chini. Sababu ni, katika majira ya joto kutokana na kupanda kwa joto la anga kila reli huelekea kuongezeka kwa urefu wake, hivyo pengo limeachwa kati ya reli mbili, vinginevyo, reli itainama kando.
2. Kebo za umeme na nyaya za simu: Kebo ya umeme katika njia ya usambazaji umeme na nyaya za simu kati ya nguzo mbili zinaweza kukatika wakati wa majira ya baridi kali kwa sababu ya kusinyaa na huenda ikashuka wakati wa kiangazi kutokana na upanuzi. Kwa hivyo, wakati wa kuweka waya kati ya miti miwili, utunzaji unachukuliwa kuwa katika msimu wa joto huwekwa huru kidogo ili wasiweze kuvunja wakati wa msimu wa baridi kwa sababu ya kupunguzwa. Na wakati wa kuwekewa wakati wa msimu wa baridi, huwekwa kwa nguvu ili zisipunguke sana wakati wa kiangazi kutokana na upanuzi.
3. Vioo vinavyotumika Jikoni: Vioo vinavyotumika jikoni kwa ujumla hutengenezwa kwa glasi ya pyrex. Sababu ni kwamba kioo cha pyrex kina mgawo wa chini sana wa upanuzi wa cubical, hivyo glassware inapokanzwa haina kupanua na nyufa.
Kama vile yabisi, vimiminiko pia hupanuka wakati wa kukanza. Kimiminiko hupanuka zaidi kuliko ile yabisi inapopashwa joto. Kwa vile kioevu hakina umbo dhahiri lakini kina ujazo dhahiri, kwa hivyo vimiminika vina upanuzi wa ujazo tu.
Isipokuwa: Mikataba ya maji ya kuipasha joto kutoka 0 o C hadi 4 o C na kisha zaidi ya 4 o C inapokanzwa zaidi hupanuka. Hii inaitwa tabia isiyo ya kawaida ya maji.
Jaribio: Chukua jar, jaza sehemu ya tatu ya nne na maji, na funga jar. Weka juu ya moto. Utaona kwamba wakati maji yanapokanzwa zaidi na zaidi, kiwango cha maji katika jar huongezeka.
Kumbuka: Wakati kioevu kilicho kwenye jar kinapokanzwa, kwanza jar hupata joto na hivyo itapanua kutokana na ambayo kiwango cha kioevu kinaanguka. Baada ya hapo joto linapofikia kioevu litapanua, hivyo kiwango cha kioevu kitaongezeka. Kwa hivyo, upanuzi halisi wa kioevu ni zaidi ya upanuzi unaozingatiwa.
Mambo yanayoathiri upanuzi wa ujazo wa kioevu
Upanuzi wa ujazo wa kioevu hutegemea mambo matatu yafuatayo:
Ikiwa V 0 ni kiasi cha kioevu kwa 0 o C na V t kiasi cha kioevu kwa t o C, basi ongezeko la kiasi cha kioevu hutolewa kama
V t - V o = V 0 γ t
ambapo γ ni mgawo wa upanuzi wa ujazo wa kioevu .
Mgawo wa upanuzi wa ujazo wa baadhi ya vimiminiko
| Kioevu | Mgawo wa upanuzi wa ujazo γ ( x 10 -4 kwa o C) |
| Zebaki | 1.8 |
| Maji (zaidi ya 15 O C) | 3.7 |
| Mafuta ya taa | 9.0 |
| Pombe | 11.0 |
Utumiaji wa upanuzi wa joto wa vinywaji katika maisha ya kila siku
Upanuzi wa joto wa kioevu hutumiwa katika kazi ya thermometer ya zebaki. Kipimajoto cha zebaki kina mrija wa kapilari na ncha moja imefungwa na balbu ya silinda mwisho mwingine. Balbu imejaa zebaki. Mercury ni kioevu kinachong'aa, kwa hivyo kiwango chake kinaweza kuonekana kwa urahisi kwenye bomba la capillary. Wakati balbu ya thermometer inapowekwa katika kuwasiliana na mwili wa moto, zebaki huongezeka. Kiwango cha zebaki huongezeka kwenye bomba la capillary. Bomba limehitimu kusoma hali ya joto. Kwa kila nyuzi joto Selsiasi kupanda kwa joto, zebaki hupanuka kwa ujazo sawa, hivyo urekebishaji wa kipimajoto huwa rahisi.
Gesi pia hupanuka wakati zinapokanzwa. Gesi hupanuka zaidi kuliko vimiminika na yabisi. Kama vinywaji, gesi hazina umbo dhahiri, kwa hivyo zina upanuzi wa ujazo tu. Hata hivyo, gesi ambazo zimo katika kiasi cha kudumu haziwezi kupanua - na hivyo ongezeko la joto husababisha kuongezeka kwa shinikizo.
Jaribio: Chukua chupa tupu. Ambatisha puto ya mpira kwenye shingo yake. Awali, puto ni deflated. Weka chupa katika umwagaji wa maji yenye maji ya moto. Baada ya muda fulani, utaona kwamba puto inainuliwa kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu hapa chini. Hii inaonyesha kwamba inapokanzwa, hewa iliyofungwa kwenye chupa hupanuka na kujaza puto ili puto iweze kujaa.
Matumizi ya upanuzi wa joto wa gesi katika maisha ya kila siku
Puto ya hewa moto: Puto za hewa-moto hufanya kazi kwa kanuni ya tofauti ya upanuzi wa joto kati ya gesi na kigumu. Kwa sababu hewa ya moto ndani ya mfuko wa puto huongezeka kwa ukubwa kwa kasi zaidi kuliko chombo, hunyoosha mfuko ili kupanua na kuondoa hewa baridi (nzito) nje ya mfuko. Tofauti kati ya msongamano wa hewa ndani na nje ya mfuko, husababisha puto kupanda. Kupoeza hewa ndani ya mfuko husababisha puto kushuka.
Wakati dutu inapokanzwa, kiasi chake huongezeka wakati wingi wake unabakia sawa, kwa hiyo, wiani wa dutu (kuwa uwiano wa wingi kwa kiasi chake), hupungua kwa ongezeko la joto. Katika kesi ya yabisi, kupungua kwa msongamano hauonekani lakini katika kesi ya vinywaji na gesi, joto linapoongezeka kiasi huongezeka kwa kiasi cha kuthaminiwa, na kwa hiyo kupungua kwa msongamano kunaonekana kabisa.
