Halos lahat ng substance (solids, liquids, at gases) ay lumalawak sa pag-init at pagkunot sa paglamig. Ang pagpapalawak ng isang sangkap sa pag-init ay tinatawag na thermal expansion ng sangkap na iyon. May tatlong uri ng pagpapalawak: linear (pagtaas ng haba), superficial (pagtaas ng lugar), at cubical expansion (pagtaas ng volume). Ang mga solid ay may isang tiyak na hugis, kaya kapag ang isang solid ay pinainit ito ay lumalawak sa lahat ng direksyon ie ang haba, lugar, at dami lahat ay tumataas sa pag-init. Ang likido at mga gas ay nagpapakita lamang ng cubical expansion. Sa pag-init, ang mga likido ay lumalawak nang higit sa mga solido at ang mga gas ay lumalawak nang higit pa kaysa sa mga likido. Sa araling ito, matututuhan mo ang:
Sa pag-init ng solid, ang average na kinetic energy ng mga molecule ng solid ay tumataas. Nagsisimula silang mag-vibrate tungkol sa kanilang ibig sabihin na posisyon na may malaking amplitude. Ang resulta ay ang kanilang ibig sabihin na posisyon ay nagbabago tulad na ang inter-molecular separation sa pagitan ng mga molekula ay tumataas, kaya ang solid ay lumalawak sa lahat ng direksyon.
Eksperimento: Kumuha ng metal na bola at singsing.
i) Ayusin ang metal na bola at singsing tulad ng ipinapakita sa larawan sa ibaba (larawan a). Ang metal na bola ay dapat lamang makalusot sa singsing kapag pareho ay nasa temperatura ng silid.
ii) Ngayon init ang metal na bola sa isang burner (figure b)
iii) Ilagay muli ang singsing at subukang ipasa ang bola sa ring. Mapapansin mo na ang bola ay natigil.
Dahilan: Sa pag-init, ang bola ay lumalawak at nagiging mas malaki ang diameter.
Ngayon payagan ang bola na lumamig at muling subukang ipasa ang bola sa singsing, mapapansin mo na ang bola ngayon ay dumadaan sa singsing. Ito ay dahil sa paglamig, ang bola ay kumukontra.
Linear Expansion
Sa tuwing may pagtaas sa haba ng isang katawan dahil sa pag-init, ang pagpapalawak ay tinatawag na linear expansion. Isaalang-alang natin ang linear expansion sa isang metallic rod. Ang pagtaas sa haba ng isang metal na baras sa pag-init ay nakasalalay sa sumusunod na tatlong mga kadahilanan:
Tandaan: Ang pagtaas ng haba ng isang baras sa pag-init ay hindi nakasalalay sa kung ito ay guwang o solid
Mababaw na pagpapalawak ng mga solido
Kapag ang isang metal plate ay pinainit, ang haba at lapad nito ay parehong tumataas. Pinatataas nito ang lugar ng plato. Ang pagtaas sa lugar ng plato ay nakasalalay sa:
Cubical expansion ng solids
Kapag pinainit ang solid, tumataas ang haba, lapad, at kapal nito, kaya tumataas ang volume. Sa eksperimento, napansin na ang pagtaas sa dami ng solid ay nakasalalay sa:
| Kung ang L 0 ay ang haba ng baras sa 0 o C at ang haba nito sa t o C ay L t , kung gayon ang pagtaas ng haba ay ibinibigay bilang L t - L 0 = L 0 α t Ang α ay ang koepisyent ng linear expansion na nakasalalay sa materyal ng baras. Ang unit nito ay per o C |
| Kung ang A 0 ay ang lugar ng isang plato sa 0 o C at ang lugar nito sa t o C ay A t , kung gayon ang pagtaas ng lugar ay ibinibigay bilang A t - A 0 = A 0 β t β ay ang koepisyent ng mababaw na pagpapalawak na naiiba para sa iba't ibang solido. |
| Kung ang V 0 ay ang volume ng isang solid sa 0 o C at ang lugar nito sa t o C ay V t , ang pagtaas ng volume ay ibinibigay bilang V t - V 0 = V 0 γ t Ang γ ay ang koepisyent ng cubical expansion na naiiba para sa iba't ibang mga materyales. |
Relasyon sa pagitan ng α, β at γ: α : β : γ = 1 : 2 : 3 |
Coefficient ng linear expansion ng ilang solids
| sangkap | Coefficient ng linear expansion ( x 10 -6 per o C) |
| aluminyo | 24 |
| tanso | 19 |
| tanso | 17 |
| bakal | 12 |
| Invar | 0.9 |
Thermal Expansion ng solids sa pang-araw-araw na buhay
1. Mga riles ng tren: Ang mga riles ng mga riles ng tren ay gawa sa bakal. Habang inilalagay ang mga riles ng tren sa mga halamang gawa sa kahoy o kongkreto, isang maliit na puwang ang natitira sa pagitan ng sunud-sunod na haba ng mga riles tulad ng ipinapakita sa figure sa ibaba. Ang dahilan ay, sa tag-araw dahil sa pagtaas ng temperatura sa atmospera ay may posibilidad na tumaas ang bawat riles sa haba nito, kaya may natitira sa pagitan ng dalawang riles, kung hindi, ang riles ay yumuko patagilid.
2. Mga kable ng kuryente at mga kable ng telepono: Ang kable ng kuryente sa linya ng paghahatid ng kuryente at mga kable ng telepono sa pagitan ng dalawang poste ay maaaring masira sa taglamig dahil sa pag-urong at maaaring lumubog sa tag-araw dahil sa paglawak. Samakatuwid, habang ang paglalagay ng wire sa pagitan ng dalawang poste ay pinangangalagaan na sa tag-araw ay bahagyang maluwag ang mga ito upang hindi masira sa taglamig dahil sa pag-urong. At habang inilalagay ang mga ito sa taglamig, pinananatiling mahigpit ang mga ito upang hindi sila lumubog nang labis sa tag-araw dahil sa pagpapalawak.
3. Glassware na ginagamit sa Kusina: Glassware na ginagamit sa kusina ay karaniwang gawa sa pyrex glass. Ang dahilan dito ay ang pyrex glass ay may napakababang coefficient ng cubical expansion, kaya ang glassware sa pag-init ay hindi lumalawak at bitak.
Tulad ng mga solido, ang mga likido ay kadalasang lumalawak din sa pag-init. Ang mga likido ay lumalawak nang higit pa kaysa sa mga solid kapag pinainit. Dahil ang likido ay walang tiyak na hugis ngunit may tiyak na dami, samakatuwid ang mga likido ay mayroon lamang cubical expansion.
Exception: Ang tubig ay kumukuha kapag pinainit ito mula 0 o C hanggang 4 o C at pagkatapos ay lampas sa 4 o C sa karagdagang pag-init ay lumalawak ito. Ito ay tinatawag na maanomalyang pag-uugali ng tubig.
Eksperimento: Kumuha ng garapon, punan ng tubig ang tatlong-ikaapat na bahagi, at isara ang garapon. Panatilihin ito sa apoy. Mapapansin mo na habang patuloy na umiinit ang tubig, tumataas ang lebel ng tubig sa garapon.
Tandaan: Kapag ang isang likidong nakapaloob sa garapon ay pinainit, una ang garapon ay umiinit at sa gayon ito ay lalawak dahil sa kung saan ang antas ng likido ay bumababa. Pagkatapos noon kapag ang init ay umabot sa likido ito ay lalawak, kaya ang antas ng likido ay tataas. Kaya, ang tunay na pagpapalawak ng likido ay higit pa sa naobserbahang pagpapalawak.
Mga salik na nakakaapekto sa cubical expansion ng isang likido
Ang cubical expansion ng isang likido ay nakasalalay sa sumusunod na tatlong mga kadahilanan:
Kung ang V 0 ay ang dami ng likido sa 0 o C at V t ang dami ng likido sa t o C, kung gayon ang pagtaas sa dami ng likido ay ibinibigay bilang
V t - V o = V 0 γ t
kung saan ang γ ay ang koepisyent ng cubical expansion ng likido .
Coefficient ng cubical expansion ng ilang likido
| likido | Coefficient ng cubical expansion γ ( x 10 -4 per o C) |
| Mercury | 1.8 |
| Tubig(mahigit sa 15 O C) | 3.7 |
| Langis ng paraffin | 9.0 |
| Alak | 11.0 |
Application ng thermal expansion ng mga likido sa pang-araw-araw na buhay
Ang thermal expansion ng likido ay ginagamit sa paggana ng isang mercury thermometer. Ang mercury thermometer ay binubuo ng isang capillary tube na may sarado ang isang dulo at isang cylindrical na bombilya sa kabilang dulo. Ang bombilya ay puno ng mercury. Ang mercury ay isang makintab na likido, kaya ang antas nito ay madaling makita sa capillary tube. Kapag ang bombilya ng thermometer ay pinananatiling nakikipag-ugnayan sa isang mainit na katawan, ang mercury ay lumalawak. Ang antas ng mercury ay tumataas sa capillary tube. Ang tubo ay nagtapos upang basahin ang temperatura. Para sa bawat degree na Celsius na pagtaas ng temperatura, ang mercury ay lumalawak sa parehong volume, kaya ang pagkakalibrate ng thermometer ay nagiging mas madali.
Lumalawak din ang mga gas kapag pinainit. Ang mga gas ay lumalawak nang higit pa kaysa sa mga likido at solid. Tulad ng mga likido, ang mga gas ay walang tiyak na hugis, kaya mayroon din silang cubical expansion. Gayunpaman, ang mga gas na nakapaloob sa isang nakapirming dami ay hindi maaaring lumawak - at sa gayon ang pagtaas ng temperatura ay nagreresulta sa pagtaas ng presyon.
Eksperimento: Kumuha ng walang laman na bote. Magkabit ng rubber balloon sa leeg nito. Sa una, ang lobo ay impis. Ilagay ang bote sa isang paliguan ng tubig na naglalaman ng kumukulong tubig. Pagkaraan ng ilang oras mapapansin mo na ang lobo ay napalaki gaya ng ipinapakita sa figure sa ibaba. Ito ay nagpapakita na sa pag-init, ang hangin na nakapaloob sa bote ay lumalawak at napupuno ang lobo kaya ang lobo ay napalaki.
Application ng thermal expansion ng mga gas sa pang-araw-araw na buhay
Hot air balloon: Gumagana ang mga hot-air balloon sa prinsipyo ng pagkakaiba ng thermal expansion sa pagitan ng gas at solid. Dahil ang mainit na hangin sa loob ng balloon bag ay lumalaki nang mas mabilis kaysa sa lalagyan, iniuunat nito ang bag upang lumawak at maalis ang mas malamig (mas mabigat) na hangin sa labas ng bag. Ang pagkakaiba sa pagitan ng density ng hangin sa loob at labas ng bag, ay nagiging sanhi ng pagtaas ng lobo. Ang paglamig ng hangin sa loob ng bag ay nagiging sanhi ng pagbaba ng lobo.
Kapag ang isang sangkap ay pinainit, ang dami nito ay tumataas habang ang masa nito ay nananatiling pareho, samakatuwid, ang density ng sangkap (bilang ang ratio ng masa sa dami nito), ay bumababa sa pagtaas ng temperatura. Sa kaso ng mga solido, ang pagbaba sa density ay hindi kapansin-pansin ngunit sa kaso ng mga likido at gas, habang ang pagtaas ng temperatura ay tumataas ang dami ng isang kapansin-pansing halaga, at samakatuwid ang pagbaba sa density ay medyo kapansin-pansin.
