DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zs. Chwaliszew Im. ks. Jana Twardowskiego, Gim. Stęszew ID grupy: 98/39_MF_G1, 98/12_MF_G2 Opiekun: Mirosława Zydorczak, Sławomir Wiśniewski Kompetencja: Matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Rozszerzalność termiczna ciał stałych cieczy i gazów Semestr I rok szkolny: 2010/11

CZĄSTECZKOWA BUDOWA MATERII Doświadczenie 1 Potrzebne nam będą dwie menzurki o pojemności 100 cm³ każda. Do jednej z nich nalewamy 50 cm³ wody, a do drugiej tyle samo denaturatu. Następnie przelewamy denaturat do wody tak żeby się nie mieszały. Zaznaczamy poziom i mieszamy. Co obserwujemy? Czy objętość roztworu jest równa sumie objętości składników? Wniosek: Okazuje się, że całkowita objętość jest mniejsza niż 100 cm³, których się spodziewaliśmy. Doświadczenie 2 Do jednej menzurki wsypmy ok. 200 g kaszy (np. gryczanej), a do drugiej ok. 200 g grochu. Zaznaczamy objętości kaszy i grochu. Następnie mieszamy kaszę z grochem, energicznie potrząsając. Jaką objętość ma powstała mieszanina?

Wniosek: Okazuje się, że mieszanina zajmuje mniejszą objętość, niż dodane składniki. Przyczyną są różne rozmiary ziarenek składników.

Trochę historii...Pierścień Gravesande’a Pierścień Gravesande'a to przyrząd do szybkiego zaprezentowania rozszerzalności cieplnej ciał stałych. Pierścień ten składa się z dwóch części: kulki zawieszonej na łańcuszku i pierścienia. Rozmiary obu elementów są tak dobrane, że w temperaturze pokojowej kulka swobodnie przechodzi przez pierścień - jej średnica jest minimalnie mniejsza od średnicy otworu. Na dalszych slajdach można zobaczyć jak uczneń z Chwaliszewa oraz uczennica ze Steszewa dali sobie radę z tym wyzwaniem historycznym

Rozszerzalność liniowa Rozszerzalność liniowa polega na zmianie długości ciał wraz ze zmianą temperatury Przyjmuje się, że zmiana długości jest proporcjonalna do zmiany temperatury, co wyraża wzór na rozszerzalność liniową: gdzie:  – długość przedmiotu po zmianie temperatury,  – długość początkowa, – współczynnik rozszerzalności liniowej, - przyrost temperatury. Współczynnik rozszerzalności oznacza o ile zwiększa się długość jednostki długości po ogrzaniu o jednostkę temperatury (1 K). Wyraża się wzorem: Jednostką współczynnika rozszerzalności liniowej jest odwrotność kelwina Rozszerzalność liniową określa się tylko dla ciał stałych

Badamy rozszerzalność liniową stalowego pręta

ROZSZERZALNOŚĆ LINIOWA – WERSJA STĘSZEWSKA

Rozszerzalność objętościowa Większość ciał zwiększa swą objętość w wyniku wzrostu temperatury, znanych jest jednak kilka wyjątków. najbardziej znanym przykładem odstępstwa od reguły jest woda, która w zakresie od 0 °c do 4 °c zmniejsza swoją objętość przy wzroście temperatury. Objętość gazów zależy nie tylko od temperatury ale też od ciśnienia, dlatego dla gazów współczynnik rozszerzalności objętościowej zależy od ciśnienia i można go obliczyć z  równań Clapeyrona.

Badamy rozszerzalność objętościową Możemy ją przedstawić za pomocą tych zdjęć. Nierozgrzana kulka prześlizgnie się przez otwór. Po odpowiednim rozgrzaniu (np. nad palnikiem) kulka zatrzyma się w otworze. Gdy schłodzi się ją ponownie znowu będzie mogła swobodnie przelatywać przez otwór.

Rozszerzalność gazów Worek uniósł się do góry Ogrzewamy powietrze wewnątrz worka nad płomieniem palnika Worek uniósł się do góry

Wnioski z doświadczenia: Ogrzane powietrze ma większą objętość. Nadmiar powietrza wyleciał z worka przez co zmniejszyła się jego gęstość w stosunku do powietrza zimnego. Worek uniósł się w powietrzu ponieważ siła wyporu Fw działająca na niego była większa niż siła ciężkości Fg (mniejsza masa powietrza w jednostce objętości powietrza wewnątrz worka). Fw Fg = m g

Temperatura Temperatura: jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Energia Cieplna: Część energii wewnętrznej układu, która jest związana z chaotycznym ruchem cząsteczek układu.

Bimetal Szczeliny dylatacyjne W budowie: Dylatacje budynków oddzielają poszczególne części jego konstrukcji. Zaprojektowane przez projektanta powinny w tym samym przekroju i miejscu oraz o tej samej szerokości dzielić budynek aż po pokrycie dachowe.\ Dylatacje konstrukcyjne, czyli takie, które biegną przez cały przekrój pionowy konstrukcji lub płyty stropowej (stosowane są w celu kompensacji przemieszczeń konstrukcji obiektu, głównie dotyczą pracy pól betonowych na rozciąganie i skurczenia w szerokim zakresie, bez ujemnych skutków dla powierzchni) Dylatacje powierzchniowe (występujące np. w posadzkarstwie, gdzie ich głębokość może być równa grubości płytki ceramicznej), które powinny kompensować naprężenia w podłożu oraz naprężenia termiczne (ważne szczególnie na tarasach, balkonach, dachach ceramicznych itp.). Bimetal to trwałe, połączone na całej powierzchni styku elementy z dwóch różnych pod względem właściwości (rozszerzalności termicznej)fizykochemicznych metali lub stopów. Wyróżnia się bimetale stykowe, przewodowe, przeciwkorozyjne, termometryczne (termobimetale).

Skutki rozszerzalności termicznej w budownictwie Przerwy w szynach kolejowych. Szyny kolejowe i tramwajowe łączy się ze sobą, zostawiając pomiędzy kolejnymi odcinkami przerwy dylatacyjne. Stalowa szyna o długości 100m w gorący dzień może być dłuższe o 5 cm niż w zimie. Przewody elektryczne latem ulegają rozszerzeniu a zimą się kurczą

Dylatacje w budownictwie Na obiekty budowlane i ich poszczególne elementy nieustannie działają rozmaite siły będące wypadkową zmian temperatury, wilgotności i obciążeń o charakterze statycznym oraz dynamicznym. Ich wpływ powoduje w materiałach zmiany naprężeń prowadzące wprost do odkształceń linearnych i objętościowych, często nieodwracalnych. W ekstremalnych przypadkach może to powodować trwałe ich uszkodzenia oraz ryzyko eskalacji uszkodzeń na inne elementy konstrukcyjne obiektu. Dla zminimalizowania możliwości ich powstawania poszczególnym częściom budynku umożliwia się niezależną pracę statyczną. Warunek ten spełniają m.in. zaprojektowane przerwy w konstrukcji określanie mianem szczelin dylatacyjnych. Dylatacja mostu

ROZSZERZALNOŚĆ TERMICZNA CIECZY Doświadczenie Kolbę szklaną napełnij wodą i zaznacz jej poziom. Następnie zaobserwuj i wyjaśnij, jakie zmiany zajdą w kolbie po zanurzeniu jej w gorącej wodzie, a jakie po zanurzeniu w zimnej? Wniosek Poziom wody po zanurzeniu do ciepłej wody wzrósł, a po zanurzeniu w zimnej wodzie zmalał.

Jednak woda jest anomalią!!! Okazuje się, że poprzednie doświadczenie nie mówi całej prawdy o naszej życiodajnej wodzie. Woda w przedziale temperatur od 0 do 4 stopni Celsjusza nie rozszerza się, ale kurczy. Tę właściwość nazywamy anomalią wody i ma ona wielkie znaczenie w przyrodzie.

POZYTYWNE ZNACZENIE ANOMALII WODY Utrzymanie życia w jeziorach w czasie zimy. Naturalne użyźnianie gleby. Tworzenie gleb na obszarach górskich.

NEGATYWNE ZNACZENIE ANOMALII WODY Pękanie nie izolowanych rur wodociągowych Pływające lodowce stanowią zagrożenie dla statków Lawiny górskie

Teksty i zdjęcia autorskie Źródła Teksty i zdjęcia autorskie Wikipedia