Bài 26: Sự nở vì nhiệt

I. Sự nở vì nhiệt của chất rắn

Thí nghiệm

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^oC) 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.
• Lần 2: Thay thanh nhôm bằng thanh đồng và tiến hành tương tự như lần 1.

Nhận xét:

• Sau khi được làm nóng, chiều dài của thanh đồng và thanh nhôm đều tăng lên.
• Chiều dài của thanh nhôm tăng nhiều hơn thanh đồng.

Kết luận:

• Chất rắn nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi.
• Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.

II. Sự nở vì nhiệt của chất lỏng và chất khí

Thí nghiệm 1

Chuẩn bị:

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

Tiến hành:

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

Nhận xét:

• Khi đặt các bình vào chậu nước nóng, mực chất lỏng trong ống thủy tinh dâng lên. Nguyên nhân do khi được làm nóng, chất lỏng nở ra, tăng thể tích.
• Cột chất lỏng dâng lên trong các ống không cùng độ cao.

Kết luận:

• Các chất lỏng nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi.
• Các chất lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.

Thí nghiệm 2

Chuẩn bị:

• Bình cầu với nút cao su có ống thuỷ tinh xuyên qua.
• Cốc nước màu.

Tiến hành:

• Nhúng đầu ống thuỷ tinh xuyên qua nút cao su vào nước màu.
• Dùng ngón tay cái bịt chặt đầu còn lại của ống rồi rút ống ra khỏi nước sao cho trong ống còn giữ lại một giọt nước màu.
• Lắp nút cao su có gắn ống thuỷ tinh trên vào bình cầu.
• Quan sát, mô tả và giải thích hiện tượng xảy ra đối với giọt nước màu trong ống thuỷ tinh khi chỉ cần xoa hai tay vào nhau rồi áp vào bình cầu.

Nhận xét:

• Giọt nước màu trong ống thủy tinh đi lên, chứng tỏ thể tích khí trong bình tăng, không khí nở ra.
• Nguyên nhân khi xoa hai bàn tay và áp vào bình cầu thì nhiệt từ bàn tay làm cho không khí trong bình nóng lên và nở ra.

❗Độ tăng thể tích của 1000 cm³ các chất khác nhau khi nhiệt độ tăng thêm 50^oC.

IV. Ứng dụng của sự nở vì nhiệt trong thực tiễn

Sự nở vì nhiệt của chất rắn, chất lỏng, chất khí được con người ứng dụng trong đời sống, như chế tạo nhiệt kế thuỷ ngân, nhiệt kế kim loại, khí cầu,...

Sự nở vì nhiệt cũng được ứng dụng trong chế tạo băng kép. Băng kép được cấu tạo bởi hau thanh làm bằng hai chất nở vì nhiệt khác nhau, gắn chặt vào nhau dọc theo chiều dài của thanh. Khi nhiệt độ tăng, băng kép cong về phía thanh nở ít hơn. 

Băng kép được ứng dụng để đóng ngắt mạch điện tự động ở bàn là, ấm đun nước,...

IV. Tác hại của sự nở vì nhiệt

Sử nở vì nhiệt có thể tạo ra lực có cường độ cực mạnh đủ sức làm biến dạng đường sắt, đường ống dẫn nước, dẫn khí,...có thể gây ra tai hại nguy hiểm.

Để ngăn chặn tác hại do sự nở vì nhiệt, trong từng trường hợp người ta đưa ra các giải pháp thích hợp, ví dụ: nước không đóng đầy chai, lắp van thoát khí ở nồi áp suất,...

1. Các chất lỏng và rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau

2. Các chất khí khác nhau nở vì nhiệt giống nhau.

3. Sự nở vì nhiệt được ứng dụng nhiều trong cuộc sống.