1

DANE INFORMACYJNE Gimnazjum im. Adama Mickiewicza w Brodach Nazwa szkoły: Gimnazjum im. Adama Mickiewicza w Brodach Gimnazjum im. Tadeusza Kościuszki w Pile ID grupy: 98/66 _MF_G2, 98/27_MF_G1 Opiekunowie: Grażyna Nowak, Alicja Marcinek Kompetencja: matematyczno – fizyczna Temat projektowy: „Rozszerzalność temperaturowa ciał stałych, cieczy i gazów” Semestr/rok szkolny: semestr III /rok szkolny 2010/2011

Spis treści: Cele projektu. Wstęp – podstawowe informacje dotyczące budowy materii. Rozszerzalność temperaturowa ciał - podstawowe pojęcia, definicje i wzory. Anomalna rozszerzalność wody. Przykłady przeciwdziałania skutkom zjawiska rozszerzalności temperaturowej ciał oraz przykłady jego wykorzystania. Przykłady doświadczeń z zakresu rozszerzalności cieplnej ciał stałych, cieczy i gazów. Przykłady zadań. Podsumowanie.

Cele projektu

Zebranie i usystematyzowanie wiadomości dotyczących budowy materii. Wybór i przeprowadzenie doświadczeń badających rozszerzalność ciał stałych, cieczy i gazów. Rozwiązywanie przykładowych zadań związanych z rozszerzalnością cieplną. Poznanie przykładów przeciwdziałania skutkom zjawiska rozszerzalności temperaturowej ciał oraz przykładów jego wykorzystania.

Kształtowanie umiejętności samodzielnego korzystania z różnych źródeł informacji, gromadzenie, selekcjonowanie i przetwarzanie zdobytych informacji. Doskonalenie umiejętności prezentacji zebranych materiałów. Wyrabianie odpowiedzialności za pracę własną i całej grupy.

Budowa materii - podstawowe informacje

Budowa materii Substancje z którymi mamy styczność na co dzień, np. woda, powietrze, drewno, masy plastyczne, metal, tworzywa sztuczne sprawiają wrażenie ciągłości w ich budowie. Materia jednak zbudowana jest z maleńkich cząsteczek, które cały czas są w ruchu. Już w starożytności Demokryt z Abdery doszedł do wniosku, że materia ma budowę nieciągłą. Składa się z ziaren, które nazwał atomami. Dopiero w XVIII w. chemicy D. Bernoullie, A. Lavoisier i J. Dalton stworzyli współczesną teorię cząsteczkowej budowy ciał, ale jej doświadczalne potwierdzenie zostało dokonane dopiero na początku XIX wieku.

Postulaty teorii atomistyczno-cząsteczkowej budowy materii Daltona. 1.Atom jest najmniejszą cząstką materii o określonych właściwościach fizycznych i chemicznych. 2. Pierwiastek to materia składająca się z tych samych atomów określających jego właściwości chemiczne i fizyczne. 3. Związek chemiczny powstaje w wyniku łączenia się 2-óch lub większej liczby atomów z 2-óch lub większej liczby pierwiastków, w wyniku czego atomy łącząc się ze sobą tworzą całkowicie nową substancje o innych właściwościach niż by miały poszczególne atomy osobno. Postulaty teorii atomistyczno-cząsteczkowej budowy materii Daltona.

Podstawowe założenia kinetyczno-cząsteczkowej teorii budowy materii. Wszystkie ciała zbudowane są z cząsteczek (molekuł). Cząsteczki (molekuły) pozostają w bezustannym, chaotycznym (nieuporządkowanym) ruchu, zwanym ruchem cieplnym (termicznym). Potwierdzeniem kinetyczno-cząsteczkowej teorii budowy materii są np. zjawiska: dyfuzji, ruchy Browna, powstawanie roztworów, zjawisko kontrakcji, rozszerzalność termiczna ciał.

Ruchy Browna to nieuporządkowane ruchy cząstek zawiesin (np Ruchy Browna to nieuporządkowane ruchy cząstek zawiesin (np. pyłku roślinnego) zawieszonych w cieczy lub gazie. Robert Brown zaobserwował zjawisko, które na początku XX wieku zostało uznane za jeden z najmocniejszych dowodów na istnienie atomów. Wyjaśnienie i opracowanie teoretyczne (matematyczne) ruchów Browna zawdzięczamy Albertowi Einsteinowi i polskiemu fizykowi Marianowi Smoluchowskiemu. l

Zjawisko kontrakcji – polega na zmniejszeniu objętości mieszaniny cieczy. Objętość roztworu jest mniejsza od sumy objętości cieczy przed wymieszaniem. Zjawisko to ma miejsce, gdy rozmiary cząsteczek są różne. Model zjawiska kontrakcji. Cząsteczki są jak ziarenka różnego kształtu i różnej wielkości. Dyfuzja – zjawisko samorzutnego mieszania się cząsteczek różnych substancji.

Rozszerzalność temperaturowa ciał - podstawowe pojęcia

Rozszerzalność termiczna Rozszerzalność cieplna (rozszerzalność termiczna) właściwość fizyczna ciał polegająca na zwiększaniu się ich długości (rozszerzalność liniowa) lub objętości (rozszerzalność objętościowa) w miarę wzrostu temperatury. Spadek temperatury powoduje zmniejszenie się wymiarów ciał. Rozszerzalność termiczna liniowa objętościowa

Wyjaśnienie zjawiska Wpływ na prędkość ruchu cząsteczek ma temperatura. Gdy rośnie, cząsteczki poruszają się coraz szybciej, rośnie zatem średnia odległość miedzy atomami. Prowadzi to do rozszerzenia całego ciała stałego. Zjawisko to zachodzi również w cieczach i gazach.

Rozszerzalność objętościowa Wraz ze wzrostem temperatury ciał stałych, cieczy i gazów wzrasta ich objętość. Zjawisko to najszybciej zachodzi w gazach a najwolniej w ciałach stałych - wzrost objętości cieczy jest około 10 razy większy niż dla ciał stałych (w tych samych warunkach). Rozszerzalność cieczy i ciał stałych jest różna i zależy od rodzaju substancji. Przyrost objętości jest wprost proporcjonalny do przyrostu temperatury. ∆V~ ∆T

Rozszerzalność objętościowa – cd. Wzór poniższy pozwala obliczyć objętość ciała po zmianie temperatury o ∆T. Spełniają go nie tylko ciała stale, ale również ciecze i gazy (przy stałym ciśnieniu). – objętość cieczy po zmianie temperatury, ∆T – przyrost temperatury – objętość początkowa, – współczynnik rozszerzalności objętościowej .

Współczynnik rozszerzalności określa o ile zwiększa się objętość 1 m³ po zwiększeniu temperatury o 1 K. Jednostką współczynnika rozszerzalności objętościowej w układzie SI jest odwrotność Kelwina

Przyrost objętości w cm³ Tabela przedstawia przyrost objętości 1 litra substancji przy wzroście temp. o 1°C (od 20°C do 21°C) Substancja Przyrost objętości w cm³ Eter 1,62 Aceton 1,43 Alkohol 1,10 Nafta 0,96 Woda destylowana 0,21 Rtęć 0,18 Woda Alkohol etylowy

Rozszerzalność temperaturowa gazów Gazy rozszerzają się o wiele silniej niż ciała stałe i ciecze (około 1000 razy szybciej niż ciała stale). Gazy ogrzewane pod stałym ciśnieniem rozszerzają się równomiernie. Wszystkie gazy rozszerzają się jednakowo a współczynniki rozszerzalności objętościowej mają wspólną wartość .

Rozszerzalność liniowa W przypadku prętów, szyn, przewodów elektrycznych istotny jest przyrost długości ciała. Przyjmuje się, że zmiana długości jest proporcjonalna do zmiany temperatury, co wyraża wzór na rozszerzalność liniową Rozszerzalność liniową określa się tylko dla ciał stałych.

Współczynnik rozszerzalności liniowej α informuje o ile zwiększa się długość 1 m danej substancji po ogrzaniu o jednostkę temperatury (1 K) lub 1 °C. Jednostką współczynnika rozszerzalności liniowej w układzie SI jest odwrotność kelwina. Rozszerzalność liniową określa się tylko dla ciał stałych Przykład: 1 m stalowego drutu przy ogrzaniu o 1 ̊C wydłuża się o 0,01 mm a przy ogrzaniu o 100 ̊C wydłuży się o 1 mm.

Tabela przedstawia przyrost długości 1 m danej substancji przy wzroście temp. O 100 °C Substancja Przyrost długości w mm Aluminium 2,3 Miedź 1,6 Stal 1,3 Żelazo 1,2 Szkło okienne 0,9 Wolfram 0,4 Inwar 0,1 Szkło Beton 1,0 Mosiądz 2,0

Temperatura

Temperatura – jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek Temperatura – jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek. Jednostką temperatury w układzie SI jest kelwin [K] Pod względem mikroskopowym, temperatura zależy od ruchu cząsteczek, z których złożone jest ciało. Temperatura rośnie, kiedy wzrasta energia tych ruchów. Ruch może być związany z przemieszczaniem się cząsteczki (np. w gazie), z drganiami atomów, cząsteczek (np. w krysztale), drganiami wewnętrznymi cząsteczki.

Skale temperatur Skala Celsjusza to jedna ze skal pomiaru temperatury (od nazwiska szwedzkiego uczonego Andersa Celsjusza, który zaproponował ją w roku 1742).

Skala Kelvina (skala bezwzględna) tzn Skala Kelvina (skala bezwzględna) tzn. zero w tej skali oznacza najniższą teoretycznie możliwą temperaturę, jaką może mieć kryształ doskonały, w którym ustały wszelkie drgania cząsteczek (zero bezwzględne). Temperatura ta nie została nigdy zarejestrowana, gdyż praktycznie nie da się jej osiągnąć, lecz obliczono ją na podstawie funkcji uzależniającej temperaturę od energii kinetycznej drgań cząsteczek w krysztale doskonałym. Funkcję tę opracował Lord Kelvin; od niego pochodzi też nazwa skali.

Daniel Gabriel Fahrenheit. Na punkt zerowy skali Skala Fahrenheita to skala pomiaru temperatury stosowana w niektórych krajach anglosaskich. Skalę w 1715 zaproponował Daniel Gabriel Fahrenheit. Na punkt zerowy skali wyznaczył on najniższą temperaturę zimy 1708/1709 r. zanotowanąw Gdańsku (jego rodzinnym mieście). 212°F to temperatura wrzenia wody. 

Daniel GabrielFahrenheit 1686 - 1736 Fizyk i inżynier pochodzenia niemieckiego. Większość okresu naukowego spędził w Niderlandach. Wynalazca termometru rtęciowego, twórca skali temperatur używanej w niektórych krajach anglosaskich. Skonstruował również prototyp higrometru.  W geście uznania dla jego wkładu do nauki został przyjęty w poczet elitarnego Royal Society. Zmarł w nędzy, z dala od rodzinnego miasta. Zachował się jego testament, w którym prosi o najtańszy pogrzeb oraz spieniężenie kilku pozostałych sprzętów i przekazanie dzieciom swej siostry, do Gdańska.

Anders Celsjusz (1701- 1766) miejscem jego urodzenia była miejscowość Uppsala, w Szwecji. Anders od najmłodszych lat chłonął naukową atmosferę. W wieku 29 lat otrzymał tytuł profesorski. W roku 1734 Celsjusz rozpoczął obserwacje w Paryskim Obserwatorium. Odkrył magnetyczną naturę zórz polarnych. Skatalogował również pod względem jasności prawie 300 gwiazd. Anders Celsjusz Dom Celsjusza Obserwatorium

William Thomson, (Lord Kelvin ) (1824 -1907 r William Thomson, (Lord Kelvin ) (1824 -1907 r.) brytyjski fizyk pochodzenia irlandzkiego, matematyk, oraz przyrodnik. Sformułował drugą zasadę termodynamiki, badał elektryczność i magnetyzm, zajmował się zastosowaniem fizyki w technice. ANEGDOTA Kelvin wymyślał wiele pomysłowych doświadczeń. Ale niejednokrotnie mogły one zakończyć się tragicznie. Pewnego razu Kelvin demonstrował działanie wahadła balistycznego. Był to jeden z ulubionych jego pokazów i wymagał strzelby, z której strzelał do wahadła. Zdarzyło się jednak, że Kelvin chybił i kula przeszła przez ścianę do sąsiedniej sali wykładowej, gdzie utkwiła w tablicy. Przerażony Kelvin pobiegł zobaczyć co się stało. Na szczęście wykładający tam profesor nie poniósł szwanku, ale wbiegającego Kelvina studenci powitali okrzykiem: - Nie trafił go pan, proszę spróbować jeszcze raz.

Anomalna rozszerzalność wody

Większość ciał zwiększa swoją 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. Gdy temperatura spada poniżej zera, woda o temperaturze 4°C mająca największą gęstość opada na dno zapewniając wszelkim organizmom żywym odpowiednie warunki do życia.

Temperatura wody latem Temperatura wody zimą Temperatura wody latem

Nietypowym zjawiskiem jest również zwiększenie objętości podczas krzepnięcia wody (lód ma zawsze większą objętość niż woda, z której powstał. Zjawisko to spowodowane jest tym, iż w lodzie cząsteczki tworzą szczególną strukturę, w której są położone od siebie dalej niż w wodzie.

Przykłady przeciwdziałania skutkom zjawiska rozszerzalności temperaturowej ciał

Zjawisko rozszerzalności temperaturowej ciał stałych ma olbrzymie znaczenie praktyczne. W naszym klimacie zmiany temperatury w ciągu roku mogą przekraczać 50C. Rozszerzalność temperaturowa musi więc być uwzględniona w praktyce, np. przy budowie konstrukcji architektonicznych, przewodach linii napowietrznych.

MOSTY Stalowe przęsła mostu mogą być latem nawet o pół metra dłuższe niż zimą. Wymaga to odpowiednich rozwiązań technicznych – stosuje się zazębiające się stalowe „grzebienie”, za pomocą których łączy się poszczególne części nawierzchni mostu. Nie przyczepia się też mostu sztywno do podłoża, lecz pod jednym z końców przęsła umieszcza się stalowe walce, po których ten koniec może się toczyć. Taki ruch umożliwiają przerwy dylatacyjne.

DROGI BETONOWE Budując drogę z betonową nawierzchnią, zostawia się szczeliny, aby beton miał miejsce na rozszerzenie się w upalne dni.

SZYNY KOLEJOWE I TRAMWAJOWE Szyny kolejowe i tramwajowe łączą się ze sobą zostawiając pomiędzy kolejnymi odcinkami tzw. przerwy dylatacyjne. Podczas jazdy pociągiem słychać charakterystyczne stukanie kół w miejscach przerw w szynach. Obecnie, aby uniknąć „stukania” stosuje się często ukośne nacięcia na szynach lub wypełnia się szczeliny specjalną termoelastyczną substancją.

KABLE TELEFONICZNE I ELEKTRYCZNE Kable telefoniczne i elektryczne w instalacjach napowietrznych zmieniają swą długość, co powoduje ich zwisanie.

STRUNY W GITARACH Gitarzyści w czasie występów bardzo często muszą stroić gitary, ponieważ ich metalowe struny ogrzane np. silnym światłem reflektorów rozszerzają się, co powoduje rozstrojenie instrumentu.

Zastosowanie rozszerzalności temperaturowej ciał stałych

BIMETALE Rozszerzalność termiczną ciał stałych zastosowano m. in. przez zamontowanie płytki bimetalowej w wyłączniku termostatycznym (np. w żelazkach, lodówkach, pralkach, kuchenkach elektrycznych). Płytki te w momencie dostarczenia im prądu elektrycznego (ciepła) zmieniają swój kształt załączając lub wyłączając obwody elektryczne.

JAK OTWORZYĆ MOCNO ZAKRĘCONY SŁOIK ? Domowy przecier z pomidorów, zakręcony zbyt mocno. Słoik zanurzony we wrzątku. Po upływie 15 sekund słoik należy wyjąć z wody, wytrzeć go do sucha i odkręcić. Tej metodzie nie oprze się żaden, nawet najmocniej zakręcony słoik.

Zastosowanie rozszerzalności temperaturowej cieczy i gazów

TERMOMETRY CIECZOWE Zjawisko rozszerzalności cieplnej cieczy wykorzystuje się do produkcji różnego rodzaju termometrów, o różnej dokładności i różnym zakresie, np. termometry rtęciowe i alkoholowe. Rtęć lub alkohol pod wpływem wzrostu temperatury rozszerza się, czyli zwiększa swoją objętość. Słupek podnosi się na tle skali.

TERMOMETRY GAZOWE Zjawisko rozszerzalności temperaturowej gazów wykorzystuje się do produkcji termometrów gazowych. Najczęściej stosowanymi w nich gazami są wodór, hel i powietrze.

JAK NAPRAWIĆ PIŁECZKĘ? Zjawisko rozszerzalności cieplnej gazów można wykorzystać do naprawy zgniecionej piłeczki pingpongowej. Powietrze wewnątrz ogrzanej piłeczki rozszerza się i nadaje jej właściwy, kulisty kształt.

POJEMNIKI PO DEZODORANTACH Negatywnym przykładem rozszerzalności gazów jest ogrzewanie lub palenie pojemników po aerozolowych dezodorantach. Hermetycznie zamknięty w pojemniku gaz może rozszczelnić pojemnik i spowodować wybuch groźny i szkodliwy dla zdrowia osób znajdujących się w pobliżu.

Przykłady doświadczeń

Badanie rozszerzalności cieplnej ciał stałych

Doświadczenie 1 Doświadczenie 1

Cel doświadczenia: badanie rozszerzalności temperaturowej ciał stałych. Potrzebne przyrządy: pierścienie Gravesanda, palnik, zapałki.

Kolejne czynności: Sprawdzenie, czy kulka przechodzi przez pierścień. Podpalenie palnika i podgrzanie kulki. Ponowne sprawdzenie, czy podgrzana kulka przechodzi przez pierścień. Podgrzanie pierścienia. Kolejne sprawdzenie, czy kulka przechodzi przez pierścień.

Wraz ze wzrostem temperatury ciała stałe zwiększają swoją objętość. Obserwacje: Nagrzana kulka nie przechodzi przez nienagrzany pierścień – kulka rozszerzyła się. Nienagrzana kulka nie przechodzi przez nagrzany pierścień - pierścień rozszerzył się na zewnątrz i do wewnątrz, przez co zmniejszył się jego otwór. Wniosek: Wraz ze wzrostem temperatury ciała stałe zwiększają swoją objętość.

Doświadczenie 1 Doświadczenie 2

Cel doświadczenia: badanie rozszerzalności liniowej prętów metalowych (wykonanych z różnych materiałów), pod wpływem temperatury. Potrzebne przyrządy: 3 dylatometry, denaturat, stoper, zapałki

Kolejne czynności: Wlanie denaturatu do rynienek dylatometrów. Podpalenie denaturatu. Obserwacja wskazań przyrządów. Pomiar czasu – mierzymy czas gdy wskazówki dylatometrów wskażą odchylenie 5, 10, 15 i 20.

wskazania dylatometru Wyniki pomiarów: wskazania dylatometru Nr 1 czas [s] Nr 2 Nr 3 5 0,58 1,12 0,32 10 1,02 1,26 0,48 15 1,08 1,30 0,52 20 1,56 1,06

Obserwacje: Podczas nagrzewania dało się zauważyć wzrost odchyleń wskazówek dylatometrów, co spowodowane było wydłużaniem się prętów. Tempo wydłużania się badanych prętów było zróżnicowane. Wnioski: Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się długość ciała stałego. Tempo wydłużania się ciała stałego zależy od rodzaju substancji, z której to ciało jest zbudowane

Doświadczenie 1 Doświadczenie 3

Cel doświadczenia: Sprawdzenie zasady działania bimetalu. Potrzebne przyrządy: bimetal, palnik. Kolejne czynności: Podgrzewanie bimetalu nad palnikiem Obserwacja zachowania się bimetalu pod wpływem temperatury.

Obserwacje: Bimetal pod wpływem temperatury wygina się w stronę metalu o mniejszej rozszerzalności. Wniosek: Taśma bimetalowa wykonana jest z połączonych ze sobą pasków z dwóch różnych metali (np. inwaru i mosiądzu), które znacznie różnią się rozszerzalnością liniową. Wygięcie bimetalu świadczy właśnie o różnej rozszerzalności temperaturowej metali.

Badanie rozszerzalności cieplnej cieczy

Doświadczenie 1 Doświadczenie 4

Cel doświadczenia: badanie rozszerzalności temperaturowej cieczy. Potrzebne przyrządy: butelka po lekarstwach, strzykawka, rurka, plastelina, kolorowa ciecz, naczynie z wrzątkiem.

Kolejne czynności: a) Zrób otwór w zakrętce, włóż rurkę i uszczelnij plasteliną .

b) Do butelki za pomocą strzykawki wstrzyknij kolorową ciecz o temperaturze pokojowej.

c) Butelkę włóż do naczynia z wrzątkiem.

Poziom cieczy stopniowa się podnosił. Obserwacje: Poziom cieczy stopniowa się podnosił. 2. 3. 1.

Wniosek: Ciecz zwiększyła swoją objętość wraz ze wzrostem temperatury.

Doświadczenie 5

Cel doświadczenia: obserwacja rozszerzalności temperaturowej cieczy. Potrzebne przyrządy i przedmioty: szklana butelka z zakrętką 0,2 l (np. po lekarstwach) szklana rurka plastelina mazak

Kolejne czynności: Nalej wody do butelki (pod korek). W korku zrób otwór pasujący do rurki, włóż rurkę i uszczelnij plasteliną. Zatkaj butelkę korkiem z rurką. Na dnie rurki powinien pojawić się mały słup wody – mazakiem zaznacz jego wysokość. Włóż butelkę do miski z gorącą wodą. Obserwuj słupek wody w rurce.

Obserwacje: Słupek wody w rurce podniósł się. Wniosek: Objętość wody rośnie wraz ze wzrostem temperatury.

Doświadczenie 6

Cel doświadczenia: badanie rozszerzalności temperaturowej cieczy. Potrzebne przyrządy: zlewka z wodą, palnik, termometry laboratoryjne z różnymi skalami.

Kolejne czynności: Do zlewki z wodą wkładamy termometry i odczytujemy temperaturę. Podgrzewamy wodę i ponownie odczytujemy temperaturę.

Obserwacje: Początkowo termometry wskazały temperaturę 19 °C, a po podgrzaniu wody wskazały 40 °C. Wniosek: Ciecze pod wpływem temperatury zwiększają swoją objętość, co było widoczne na skali termometru.

Doświadczenie 7

Potrzebne przyrządy i przedmioty: Cel doświadczenia: Badanie tempa rozszerzalności temperaturowej różnych cieczy (o tej samej temperaturze początkowej i w tym samym czasie). Potrzebne przyrządy i przedmioty: woda, płyn do mycia naczyń, płyn do płukania, denaturat, termometr, rurka z korkiem, czajnik, butelka po lekarstwie, cylinder miarowy.

Kolejne czynności: Butelkę po lekarstwie wypełniamy wodą, mierzymy jej temperaturę początkową i zatykamy butelkę korkiem z rurką a następnie zaznaczamy pisakiem poziom wody w rurce. Wkładamy butelkę do naczynia z wodą o temperaturze 70°C na 2 minuty. Ponownie zaznaczamy poziom wody w rurce i mierzymy przyrost wysokości słupa wody. Wyniki zapisujemy w tabeli. Powtarzamy powyższe czynności z innymi cieczami (np. płyn do naczyń, denaturat, płyn do płukania tkanin)

płyn do mycia naczyń – 90 ml Wyniki pomiarów Nazwa cieczy Tp (°C) Δh (cm) woda - 90 ml 28 3 płyn do mycia naczyń – 90 ml 2 płyn do płukania – 90 ml 2,5 denaturat – 90 ml 6,5

Wnioski: - Tempo rozszerzalności różnych cieczy jest różne Wnioski: - Tempo rozszerzalności różnych cieczy jest różne. - Spośród badanych cieczy najszybciej wzrastała objętość denaturatu a najwolniej płynu do naczyń. - Tempo rozszerzalności cieczy zależy od rodzaju cieczy.

Badanie rozszerzalności cieplnej gazów

Doświadczenie 8

badanie rozszerzalności temperaturowej gazów Cel doświadczenia: badanie rozszerzalności temperaturowej gazów Potrzebne przyrządy: piłeczka ping –pongowa szklanka czajnik

Kolejne czynności: a) Zgniatamy piłeczkę ping – pongową i wlewamy gorącą wodę do kubka.

b) Wrzucamy zgniecioną piłeczkę do kubka z wodą i obserwujemy zmiany.

Obserwacje: Po wrzuceniu zgniecionej piłeczki do gorącej wody zaobserwowaliśmy zmianę kształtu piłeczki.

Wnioski: Ogrzane powietrze rozszerzając się naciskało na piłeczkę od wewnątrz wyprostowując ją. Powietrze wraz ze wzrostem temperatury zwiększa swoją objętość.

Doświadczenie 9

Badanie rozszerzalności temperaturowej powietrza. Cel doświadczenia: Badanie rozszerzalności temperaturowej powietrza. Potrzebne przyrządy: pusta butelka plastikowa suszarka do włosów pusta miska zimna woda

Kolejne czynności: Do pustej miski wlewamy zimną wodę, po czym wkładamy pustą butelkę do góry dnem. Ogrzewamy butelkę suszarką, wykonując ruchy od góry do dołu. obserwujemy uważnie wylot butelki. Następnie wyłączamy suszarkę i również obserwuj co się dzieje.

Obserwacje: Podczas ogrzewania butelki obserwujemy wydobywające się z niej pęcherzyki powietrza . Podczas ostygania butelki obserwujemy zasysanie wody do jej wnętrza.

Wnioski: Ogrzane powietrze zwiększa swoją objętość. Do butelki dostaje się tyle wody, ile podczas ogrzewania ubyło z niej powietrza. Przyrost objętości powietrza wywołany jego ogrzaniem jest równy objętości wody zawartej w butelce.

Doświadczenie 10

badanie rozszerzalności temperaturowej dwutlenku węgla Cel doświadczenia: badanie rozszerzalności temperaturowej dwutlenku węgla Potrzebne przyrządy: kolba, ocet, soda oczyszczona, palnik, balon.

Kolejne czynności: Zmieszanie w kolbie octu z sodą w celu otrzymania dwutlenku węgla. Naciągnięcie balonika na kolbę. Podgrzanie kolby.

Obserwacje: Balon wypełnił się gazem. Wraz z podgrzaniem zwiększył swoją objętość. Wniosek: Dwutlenek węgla pod wpływem temperatury zwiększył swoją objętość.

Doświadczenie 11

Badanie rozszerzalności temperaturowej powietrza Cel doświadczenia: Badanie rozszerzalności temperaturowej powietrza Potrzebne przyrządy: pusta butelka plastikowa suszarka do włosów balon Kolejne czynności: Na butelkę plastikową nałóż balonik. Za pomocą suszarki ogrzewaj butelkę i obserwuj co się dzieje. Wyłącz suszarkę i obserwuj balonik.

Ogrzane powietrze zwiększa swoją objętość. Obserwacje: Objętość balonika zaczęła ulegać zmianom w zależności od temperatury powietrza – podczas ogrzewania zwiększała się, a podczas ochładzania – malała. Doświadczenie stanowi potwierdzenie rozszerzalności objętościowej gazów (tu powietrza) spowodowanego wzrostem temperatury. Wniosek: Ogrzane powietrze zwiększa swoją objętość.

Doświadczenie 12

Cel doświadczenia: Badanie, czy gazy pod wpływem temperatury zwiększają swoją objętość Potrzebne przyrządy: palnik i zapałki, zlewka, kolba, statyw, rurka z korkiem.

Kolejne czynności: Zatykamy, za pomocą korka z rurką, wypełnioną wodą kolbę. Umieszczamy kolbę w wypełnionej wodą zlewce. Podgrzewamy kolbę z wodą.

Obserwacje: Wraz z podgrzaniem wody w kolbie zaobserwowano pojawienie się pęcherzyków w wodzie w zlewce. Wniosek: Gazy wraz ze wzrostem temperatury zwiększają swoja objętość, co zaobserwowano jako wypływające pęcherzyki powietrza w zlewce.

Przykłady zadań

ZADANIE 1

Daną temperaturę wyraź w Kelwinach i Fahrenheitach. b) -10 ̊C …… c) 0 ̊C …… d) 100 ̊C ……

Wzory pomagające zamienić jednostki.

celsjusze na fahrenheity fahrenheity na celsjusze 1,8·T ̊C + 32 ̊C F (TF - 32):1,8 fahrenheity na celsjusze

celsjusze na kelwiny + 273 ̊C K - 273 kelwiny na celsjusze

OBLICZENIA

a) 25 ̊C + 273 = 298 K 1,8 ·25 ̊C + 32 = 45 + 32 = 77 F b) -10 ̊C + 273 = 263 K c) 0 ̊C + 273 = 273 K 1,8· 0 ̊C + 32 = 0 + 32 = 32 F d) 100 ̊ C + 273 =373 K 1,8 · 100 ̊C + 32 = 180 + 32 = 212 F

ZADANIE 2 CKE – egzamin gimnazjalny kwiecień 2005 r.

Przyrost długości przęsła △l(mm) Most zbudowany jest z przęseł o długości 10 m każde. Przęsło pod wpływem Temperatury wydłuża się. Przyrost tego wydłużenia jest wprost proporcjonalny do przyrostu temperatury. Wartość długości przęsła dla wybranych wartości przyrostu temperatury przedstawia poniższa tabela. Przyrost temp. t (ºC) 10 30 45 Przyrost długości przęsła △l(mm) 1 3 4,5 a) Uzupełnij tabelę

b) Zapisz zależność przyrostu długości przęsła (△l) od przyrostu temperatury (△t) za pomocą wzoru. c) Podaj współczynnik proporcjalności z odpowiednią jednostką. Odpowiedź: a) b) Wzór: △l = 0,1△t c) Współczynnik proporcjalności: 0,1 Przyrost temp. t (ºC) 10 30 45 Przyrost długości przęsła △l (mm) 1 3 4,5

ZADANIE 3

Słynna wieża Eiffla jest stalową konstrukcją kratową, wspartą na czterech nogach . Jej wysokość wynosi 300m. Przeczytaj uważnie poniższe zdania i wpisz w zaznaczone miejsca wyznaczone wyrazy: kurczy się, wydłuża się, maleje, rośnie, zmienia się. W gorący letni dzień konstrukcja ……………….. , natomiast zimą ……………….., co oznacza, że w ciągu roku jej wysokość ………………….. jak obliczono o kilkadziesiąt centymetrów.

Rozwiązanie: W gorący letni dzień konstrukcja wydłuża się, natomiast zimą kurczy się, co oznacza, że w ciągu roku jej wysokość zmienia się, jak obliczono o kilkadziesiąt centymetrów.

ZADANIE 4

Odp. Drut wydłuży się o 9,2 cm. Przy wzroście temperatury o 100˚C drut aluminiowy długości 1m wydłuża się o 2,3 mm. O ile wzrośnie długość 20-metrowego drutu aluminiowego jeżeli podgrzejemy go od 15˚C do 215˚C? Rozwiązanie: 20 · 2,3 · 2 = 92 mm = 9,2 cm Odp. Drut wydłuży się o 9,2 cm.

ZADANIE 5

Określ czy konstruktorzy wymienionych rozwiązań wykorzystują zjawisko rozszerzalności, czy też przeciwdziałają jego skutkom ( wpisz w wolne miejsce: wykorzystanie lub przeciwdziałanie). Przerwa dylatacyjna między szynami ............................. Żelazko z automatyczną regulacją temperatury.............. Termometr lekarski .......................................................... Luźno zwisające latem przewody …………………. Termometr bimetaliczny w kuchence gazowej ………...

Odpowiedź. Przerwa dylatacyjna między szynami przeciwdziałanie Żelazko z automatyczną regulacją temperatury wykorzystanie Termometr lekarski wykorzystanie Luźno zwisające latem przewody przeciwdziałanie Termometr bimetaliczny w kuchence gazowej wykorzystanie

ZADANIa Problemowe

Zad. 1 Dlaczego mocno nadmuchanego materaca nie należy wystawiać przez dłuższy czas na słońce ?? Odpowiedź: Ponieważ materac może pęknąć, gdyż ogrzane powietrze zwiększy swoją objętość.

Zad. 2 Na precyzyjnych przyrządach pomiarowych (linijkach, menzurkach) często widnieje napis „20 ̊C’’. Jakie znaczenie ma ta informacja?? Odpowiedź: Oznacza to, że przyrząd był skalowany w temp. 20 ̊C. Np. w wyższej temperaturze linijka będzie dłuższa, a w niższej krótsza.

Zad. 3 Naczynie wypełniono po brzegi wodą. Dlaczego podczas ogrzewania woda wylewa się z naczynia ?? Odpowiedź: Ogrzana woda zwiększyła swoją objętość.

Zad. 4 Ogrzewany bimetal wygiął się do dołu (rys. obok). Która część metalu, górna czy dolna, bardziej się wydłuża?? Odpowiedź: Górna.

Zad. 5 Wyjaśnij, dlaczego w krajach, gdzie temperatura powietrza może spadać poniżej -40 C, nie stosuje się rtęciowych termometrów pozaokiennych. Odpowiedź: Ponieważ rtęć krzepnie w temperaturze – 39 ̊C.

Podsumowanie Zjawisko zmiany objętości lub długości ciał podczas zmiany temperatury nazywamy rozszerzalnością temperaturową i jest ono potwierdzeniem cząsteczkowej teorii budowy materii. Zjawisko to zachodzi w każdym stanie skupienia. – przy czym najszybciej w gazach a najwolniej w ciałach stałych.

Tempo rozszerzalności temperaturowej ciał stałych i cieczy zależy od rodzaju substancji. Podczas ogrzewania wszystkie gazy rozszerzają się niemal jednakowo (przy ustalonym ciśnieniu). Rozszerzalność temperaturowa wody jest wyjątkowa. Gdy temperatura rośnie od 0 ̊C do 4 ̊C, woda zmniejsza swoją objętość. Dalszy wzrost temperatury – do 100 ̊C – powoduje wzrost objętości wody.

Bibliografia http://gregpio.blox.pl/2009/11/Ruchy-Browna.html http://pl.wikipedia.org/wiki/Rozszerzalno%C5%9B%C4%87_cieplna http://www.eioba.pl/a/1kf6/rozszerzalnosc-temperaturowa-cial http://www.e-sciany.pl/slownik/przerwa-dylatacyjna http://www.chemia-gimnazjum.info/index.php?podstrona=klasa1&dzial=2&temat=1 http://www.fizyka.net.pl/ciekawostki/ciekawostki_cwz2.html http://www.google.pl/imgres http://www.gutenberg.czyz.org/word,67294 http://www.sciaga.pl http://www.zaradni.pl/porada/3224,jak_otworzyc_mocno_zakrecony_sloik Francuz – Ornat G., Kulawik T., Nowotny – Różańska M., „Fizyk a i astronomia dla gimnazjum – moduł 1, podręcznik dla gimnazjum część 1, Nowa Era, Warszawa, 2006 „Zrozumieć świat” podręcznik fizyki dla gimnazjum, część 1 i 2, pod redakcją Sagnowskiej B., ZamKor, Kraków, 2005

„Świat fizyki” podręcznik dla uczniów gimnazjum, część 1, pod redakcją B. Sagnowskiej, ZamKor, Kraków, 2009 r. „Świat fizyki” zbiór prostych zadań dla gimnazjum, ZamKor , A. Kurowski, J. Niemiec. ZamKor – foliogramy. Ziemicki S., Puchowska K., „Bliżej fizyki”, podręcznik do gimnazjum, część 1, WSiP, Warszawa 2009 r.

Nad prezentacją pracowali

Asia, Iwona, Marta, Karolina, Paulina, Błażej, Dominik, Rafał, Michał i Michał, Miłosz, Natan, Wiktor oraz nasz opiekun pani Alicja grupa 98/27_MF_G1

Andżelika, Sara, Ola, Paulina S. Paulina M Andżelika, Sara, Ola, Paulina S. Paulina M. Błażej, Damian, Adrian, Mateusz, Maciej i Arek oraz nasz opiekun pani Grażyna grupa 98/66_MF_G2

147