Ở bài học trước, chúng ta đã đi nghiên cứu sự thay đổi về kích thước và hình dạng của vật rắn khi vật rắn chịu tác dụng của ngoại lực, gọi là sự biến dạng cơ.
Hôm nay, chúng ta sẽ cùng đi nghiên cứu một trường hợp khác về sự biến dạng của vật rắn: đó là khi vật rắn chịu tác dụng của nhiệt độ đủ lớn. Mời các em cùng nhau tìm hiểu nội dung của Bài 36: Sự nở vì nhiệt của vật rắn
Một vật rắn bằng kim loại đồng chất, một cầu được gắn chặt cố định, một đầu được nối với một bộ phận lẫy có thể mở rộng góc đo khi thanh rắn giãn nở vì nhiệt.
Nung nóng thanh kim loại kim loại ta thấy góc đo mở rộng sau một khoảng thời gian điều này chứng tỏ vật rắn đã bị biến dạng khi nhiệt độ thay đổi.
Sự tăng độ dài của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở dài vì nhiệt.
Biểu thức xác định độ nở dài của vật rắn:
Trong đó:
\(l_0\): chiều dài ban đầu của vật rắn
\(l\) : chiều dài sau khi giãn nở vì nhiệt của vật rắn
\(\alpha\) : hệ số nở dài phụ thuộc vào bản chất của vật rắn, đơn vị là \(\frac{1}{k}\) hay \({k^{ - 1}}\)
\(\Delta t=t_2-t_1\) : độ tăng nhiệt độ của vật rắn
\(\Delta l\) : độ nở dài của vật rắn
Hệ số nở dài của một số vật liệu:
Một vật rắn có dạng hình cầu đồng chất và một vật rắn đồng chất khác hình vành khuyên tròn.
Ở nhiệt độ ban đầu (nhiệt độ phòng) ta có thể đưa quả cầu qua hình vành khuyên dễ dàng do đường kính ngoài của quả cầu kim loại nhỏ hơn đường kính trong của vật rắn hình vành khuyên.
Tiến hành nung nóng quả cầu kim loại bằng đèn ga, sau khi nung nóng quả cầu kim loại không thể đi qua được vật rắn hình vành khuyên, điều này chứng tỏ thể tích của của cầu đã tăng lên do nhiệt độ hay nói cách khác vật rắn đã bị biến dạng vì nhiệt.
Sự tăng thể tích của vật rắn khi nhiệt độ tăng gọi là sự nở khối.
Biểu thức độ nở khối của vật rắn:
Trong đó:
\(V_0\): thể tích ban đầu của vật rắn
V: thể tích sau khi giãn nở vì nhiệt của vật rắn
\(\beta =3\alpha\): hệ số nở khối phụ thuộc vào bản chất của vật rắn và cũng có đơn vị là \({k^{ - 1}}\)
\(\Delta t=t_2-t_1\): độ tăng nhiệt độ của vật rắn
\(\Delta V\): độ nở khối của vật rắn
Trong thực tế các vật rắn bị biến dạng nhiệt khi nhiệt độ môi trường thay đổi và tất cả đều nở khối (giãn nở về thể tích) tuy nhiên tùy vào hình dạng của vật rắn sẽ ưu tiên nở khối hay nở dài, ví dụ các vật rắn có dạng thanh dài sẽ ưu tiên nở dài nhiều hơn.
Sự giãn nở vì nhiệt của vật rắn là điều không thể tránh khỏi vì thời tiết trên Trái Đất được phân chia thành hai mùa rõ rệt mùa đông (nhiệt độ giảm) và mùa hè (nhiệt độ tăng cao).
Trong xây dựng người ta luôn phải tính đến trường hợp giãn nở vì nhiệt, nếu không các công trình xây dựng có thể bị cong, vênh, nứt, phá hủy do sự giãn nở không đồng đều của các vật rắn khác nhau.
Trong ngành giao thông vận tải đường sắt, khi làm đường ray cho tàu chạy trong thời gian đầu các kỹ sư xây dựng đã bỏ qua tính chất vật lý biến dạng nhiệt của vật rắn, khiến cho các đoạn đường ray bị cong vênh làm mất an toàn và dẫn đến tai nạn tàu trệch bánh.
Để khắc phục hiện tượng biến dạng nhiệt của vật rắn theo thời tiết, trên các đường ray thường bố trí các khe hở để thanh ray có thể giãn nở vì nhiệt mà không làm cong vênh đường ray.
Không chỉ có các kim loại, vật liệu bê tông cốt thép cũng bị giãn nở vì nhiệt nên trên các nhịp cầu đường bộ người ta cũng phải tạo ra các khe hở trên cầu để cho cầu giãn nở vì nhiệt khi thời tiết thay đổi tránh bị cong, vênh và gãy.
Mỗi thanh ray của đường sắt ở nhiệt độ \(15^oC\) có độ dài là 12,5m. Nếu hai đầu các thanh ray khi đó chỉ đặt cách nhau 4,50mm, thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất bằng bao nhiêu để chúng không bị uốn cong do tác dụng nở nhiệt? Cho biết hệ số nở dài của mỗi thanh ray là \(\alpha = {12.10^ - }^6{K^{ - 1}}.\)
Để thanh ray không bị cong khi nhiệt độ tăng thì độ tăng chiều dài của thanh phải bằng khoảng cách giữa hai đầu thanh ray.
Sử dụng công thức: \(\Delta l = l_2 - l_1 = l_1\alpha (t_2 - t_1)\)
\(\Rightarrow t_2 = t_{max} =\frac{\triangle l}{\alpha l_{1}}+ t_1=\) \(\frac{4,5.10^{-3}}{12.10^{-6.}.12,5} + 15\)
\(\Rightarrow t_{max} = 45^oC\).
Một dây tải điện ở \(20^oC\) có độ dài 1 800m. Hãy xác định độ nở dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến \(50^oC\) về mùa hè. Cho biết hệ số nở dài của dây tải điện là \(\alpha = 1,{5.10^ - }^6{K^{ - 1}}\).
Độ tăng chiều dài của thanh khi nhiệt độ tăng đến \(50^oC\) là ∆l
Sử dụng công thức: \(\Delta l = l_2 - l_1 = l_1\alpha (t_2- t_1)\)
Thay số : \(\Delta l = 1800. 11,5. 10-6 (50^o -20^o) = 0,62m.\)
Qua bài giảng Sự nở vì nhiệt của vật rắn này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :
Phát biểu được quy luật về sự nở dài và sự nở khối của vật rắn.
Nêu được ý nghĩa vật lý và đơn vị đo của hệ số nở dài và hệ số nở khối.
Vận dụng thực tiễn của việc tính toán độ nở dài và độ nở khối của vật rắn trong đời sống và kỹ thuật.
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 10 Bài 36 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Mỗi thanh ray của đường sắt ở nhiệt độ \(15^oC\) có độ dài là 12,5m. Nếu hai đầu các thanh ray khi đó chỉ đặt cách nhau 4,50mm, thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất bằng bao nhiêu để chúng không bị uốn cong do tác dụng nở nhiệt? Cho biết hệ số nở dài của mỗi thanh ray là \(\alpha = {12.10^ - }^6{K^ - }^1.\)
Một dây tải điện ở \(20^oC\) có độ dài 1 800m. Hãy xác định độ nở dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến \(50^oC\) về mùa hè. Cho biết hệ số nở dài của dây tải điện là \(\alpha = 1,{5.10^ - }^6{K^ - }^1\)
Khối lượng riêng của sắt ở \(800^oC\) bằng bao nhêu? Biết khối lượng riêng của nó ở \(0^oC\) là \(7,800.10^3kg/m^3\)
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 10 Bài 36để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Bài tập 1 trang 197 SGK Vật lý 10
Bài tập 2 trang 197 SGK Vật lý 10
Bài tập 3 trang 197 SGK Vật lý 10
Bài tập 4 trang 197 SGK Vật lý 10
Bài tập 5 trang 197 SGK Vật lý 10
Bài tập 6 trang 197 SGK Vật lý 10
Bài tập 7 trang 197 SGK Vật lý 10
Bài tập 8 trang 197 SGK Vật lý 10
Bài tập 9 trang 197 SGK Vật lý 10
Bài tập 1 trang 257 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 2 trang 258 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 3 trang 258 SGK Vật lý 10 nâng cao
Bài tập 36.1 trang 87 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.2 trang 87 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.3 trang 87 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.4 trang 87 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.5 trang 87 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.6 trang 88 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.7 trang 88 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.8 trang 88 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.9 trang 88 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.10 trang 88 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.11 trang 88 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.12 trang 89 SBT Vật lý 10
Bài tập 36.13 trang 89 SBT Vật lý 10
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý DapAnHay sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 10 DapAnHay
Mỗi thanh ray của đường sắt ở nhiệt độ \(15^oC\) có độ dài là 12,5m. Nếu hai đầu các thanh ray khi đó chỉ đặt cách nhau 4,50mm, thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất bằng bao nhiêu để chúng không bị uốn cong do tác dụng nở nhiệt? Cho biết hệ số nở dài của mỗi thanh ray là \(\alpha = {12.10^ - }^6{K^ - }^1.\)
Một dây tải điện ở \(20^oC\) có độ dài 1 800m. Hãy xác định độ nở dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến \(50^oC\) về mùa hè. Cho biết hệ số nở dài của dây tải điện là \(\alpha = 1,{5.10^ - }^6{K^ - }^1\)
Khối lượng riêng của sắt ở \(800^oC\) bằng bao nhêu? Biết khối lượng riêng của nó ở \(0^oC\) là \(7,800.10^3kg/m^3\)
Độ nở dài của vật rắn không phụ thuộc vào:
Một thước thép ở \(20^oC\) có độ dài 1 000mm. Khi nhiệt độ tăng đến \(40^oC\) , thước thép này dài thêm bao nhiêu?
Hai thanh kim loại, Một bằng sắt và một bằng kẽm ở 0°C có chiều dài bằng nhau, còn ở 100°C thì chiều dài chênh lệch nhau 1mm. Cho biết hệ số nở dài của sắt là α1 = 1,14.10-5k-1 và của kẽm là α2 = 3,4.10-5k-1. Chiều dài của hai thanh ở 0°C là:
Một cái xà bằng thép tròn đường kính tiết diện 5cm hai đầu được chôn chặt vào tường. Cho biết hệ số nở dài của thép 1,2.10-5k-1, suất đàn hồi 20.1010N/m2. Nếu nhiệt độ tăng thêm 25°C thì độ lớn của lực do xà tác dụng vào tường là :
Một tấm kim loại hình vuông ở 0°C có độ dài mỗi cạnh là 40cm. Khi bị nung nóng, diện tích của tấm kim loại tăng thêm 1,44cm2. Xác định nhiệt độ của tấm kim loại? Biết hệ số nở dài của kim loại này là 12.10-6K-1.
Một vật rắn hình trụ có hệ số nở dài α=11.10-6.K-1. Khi nhiệt độ của vật tăng từ 0oC đến 110oC độ nở dài tỉ đối của vật là
Một vật rắn hình trụ có hệ số nở dài α=24.10-6.K-1. Ở nhiệt độ 20oC có chiều dài lo=20 m, tăng nhiệt độ của vật tới 70oC thì chiều dài của vật là
Phát biểu và viết công thức nở dài của vật rắn?
Viết công thức xác định quy luật phụ thuộc nhiệt độ của độ dài vật rắn ?
Viết công thức xác định quy luật phụ thuộc nhiệt độ của thể tích vật rắn?
Tại sao khi đổ nước sôi vào trong cốc thủy tinh thì cốc thủy tinh hay bị nứt vỡ, còn cốc thạch anh không bị nứt vỡ?
Một thước thép ở 200 C có độ dài 1 000mm. Khi nhiệt độ tăng đến 400C, thước thép này dài thêm bao nhiêu?
A. 2,4 mm. B. 3,2 mm.
C. 0,242 mm. D. 4,2 mm.
Khối lượng riêng của sắt ở 8000C bằng bao nhêu? Biết khối lượng riêng của nó ở 0o C là 7,800.103 kg/ m3.
A. 7,900.103 kg/m3
B. 7,599.103 kg/m3
C. 7,857.103 kg/m3
D. 7,485.103 kg/m3
Một dây tải điện ở \(20^oC\) có độ dài 1 800m. Hãy xác định độ nở dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến \(50^oC\) về mùa hè. Cho biết hệ số nở dài của dây tải điện là \(\alpha =1,5.10^-^6K^-^1\)
Mỗi thanh ray của đường sắt ở nhiệt độ 15o C có độ dài là 12,5m. Nếu hai đầu các thanh ray khi đó chỉ đặt cách nhau 4,50mm, thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất bằng bao nhiêu để chúng không bị uốn cong do tác dụng nở nhiệt? Cho biết hệ số nở dài của mỗi thanh ray là α = 12.10-6 K-1.
Xét một vật rắn đồng chất, đẳng hướng và có dạng khối lập phương. Hãy chứng minh độ tăng thể tích ∆V của vật rắn này khi bị nung nóng từ nhiệt độ đầu t0 đến nhiệt độ t được xác định bởi công thức:
\(\Delta V = V - V_0 = \beta V_0\Delta t\)
Với V0 và V lần lượt là thể tích của vật rắn ở nhiệt độ đầu t0 và nhiệt độ cuối t, \(\Delta t = t - t_0, \beta \approx 3\alpha\) (α là hệ số nở dài của vật rắn này)
Chú ý: \(\alpha ^2\) và \(\alpha ^3\) rất nhỏ so với \(\alpha\).
Mỗi thanh ray đường sắt (làm bằng thép) dài 10m ở nhiệt độ 20oC. Phải để một khe hở là bao nhiêu giữa hai thanh ray đối diện, để nếu nhiệt độ ngoài trời tăng lên đến 50oC thì vẫn đủ chỗ cho thanh dãn ra?
Một băng kép được chế tạo từ một bản bằng thép và một bản bằng hợp kim có độ dài ban đầu bằng nhau. Hỏi khi đốt nóng lên thì băng kép uốn cong về bên nào? Cho biết hệ số nở dài của thép là α1 = 11.10-6 K-1 còn của hợp kim là α2 = 25.10-6K-1.
Một ấm nhôm có dung tích 2 lít ở 20oC. Chiếc ấm đó có dung tích là bao nhiêu khi nó ở 80oC?
Một thanh dầm cầu bằng sắt có độ dài 10 m khi nhiệt độ ngoài trời là 10°C. Độ dài của thanh dầm sẽ tăng thêm bao nhiêu khi nhiệt độ ngoài trời là 40°C. Cho biết hộ số nở dài của sắt là 11.10-6 K-1.
A. Tăng xấp xỉ 3,6 mm.
B. Tăng xấp xỉ 1,2 mm.
C. Tăng xấp xỉ 4,8 mm.
D. Tăng xấp xỉ 3,3 mm.
Một thanh nhôm và một thanh thép ở 0°C có cùng độ dài là l0. Khi nung nóng tới 100°C, độ dài của hai thanh chênh nhau 0,5 mm. Xác định độ dài l0 của hai thanh này ở 0°C. Cho biết hệ số nở dài của nhôm là 24.10-6 K-1 và của thép là 11.10-6 K-1.
A. l0 ≈ 0,38 m.
B. l0 ≈ 5,0 m.
C. l0 = 0,25 m.
D. l0 = 1,5 m.
Đường sắt từ Hà Nội đến thành phố Hồ Chí Minh dài khoảng 1500 km khi nhiệt độ trung bình là 20°C. Về mùa hè khi nhiệt độ tăng lên tới 40°C thì đoạn đường sắt này dài thêm bao nhiêu? Cho biết hệ số nở dài của sắt là 11.10-6 K-1.
A. Xấp xỉ 200 m.
B. Xấp xỉ 330 m.
C. Xấp xỉ 550 m.
D. Xấp xỉ 150 m.
Một băng kép gồm hai lá kim loại thẳng, lá đồng ở dưới, là thép ở trên. Khi bị nung nóng thì:
A. Băng kép cong xuống dưới, vì đồng có hệ số nở dài lớn hơn thép.
B. Băng kép cong lên trên, vì thép có hệ số nở dài lớn hơn đồng.
C. Băng kép cong xuống dưới, vì đồng có hệ số nở dài nhỏ hơn thép
D. Băng kép cong lên trên, vì thép có hệ số nở dài nhỏ hơn đồng
Khi đốt nóng một vành kim loại mỏng và đồng chất thì
A. Đường kính ngoài và đường kính trong tăng theo tỉ lệ như nhau
B. Đường kính ngoài và đường kính trong tăng theo tỉ lệ khác nhau
C. Đường kính ngoài tăng, đường kính trong không đổi
D. Đường kính ngoài tăng, đường kính trong giảm theo tỉ lệ như nhau
Một tấm hình vuông cạnh dài 50 cm ở 00C, làm bằng một chất có hệ số nở dài là 16.10−6K−1. Diện tích của tấm này sẽ tăng thêm 16cm2 khi được nung nóng tới
A. 5000C
B. 2000C
C. 8000C
D. 1000C
Một thước kẹp có giới hạn đo 150 mm, được khắc độ chia ở 00C. Xác định sai số tuyệt đối của thước kép này khi sử dụng nó để đo độ dài các vật ở 500C trong hai trường hợp:
a) Thước kẹp được làm bằng thép có hộ số nở dài là 11.10−6K−1
b) Thước kẹp được làm bằng hợp kim Inva (thép pha 36% niken) có hệ số nở dài là 0,9.10−6K−1
Một thanh nhôm và một thanh đồng ở 1000C có độ dài tương ứng là 100,24 mm và 200,34 mm được hàn ghép nối tiếp với nhau. Cho biết hệ số nở dài của nhôm là 24.10−6K−1 và của đồng là 17.10−6K−1. Xác định hệ số nở dài của thanh kim loại ghép này.
Họ và tên
Tiêu đề câu hỏi
Nội dung câu hỏi
0 Bình luận
Để lại bình luận
Địa chỉ email của hạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *