Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) Nazwa szkoły: ZESPÓŁ SZKÓŁ W ŻYCHLINIE ID grupy: 98/37_MF_G1_ILONA WALERYSIAK Kompetencja: MATEMATYCZNO - FIZYCZNA Temat projektowy: ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA CIAŁ STAŁYCH, CIECZY I GAZÓW Semestr/rok szkolny: V/2012

Cele projektu Kształtowanie umiejętności samodzielnego korzystania z różnych źródeł informacji; Gromadzenie, selekcjonowanie i przetwarzanie informacji; Doskonalenie umiejętności prezentacji zebranych materiałów; Rozwijanie zainteresowań, samokształcenie; Wyrabianie odpowiedzialności za pracę własną i całej grupy.

Zadania projektu Zebranie i opracowanie wiadomości na temat rozszerzalności cieplnej ciał; Wykonanie plansz z informacjami i wykresami dotyczącymi rozszerzalności cieplnej ciał; Przeprowadzenie doświadczeń związanych z rozszerzalnością cieplną ciał stałych, cieczy i gazów; Opracowanie i przedstawienie przykładów wykorzystywania rozszerzalności cieplnej przez człowieka w życiu codziennym i w gospodarce.

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA CIAŁ STAŁYCH, CIECZY I GAZÓW

CZY MATERIA MOŻE ZMIENIAĆ STAN SKUPIENIA? Resublimacja Ciało stałe Gaz Ciecz Skraplanie Krzepnięcie Parowanie Topnienie Sublimacja

CO TO JEST TEMPERATURA? Temperatura – to wielkość określająca obiektywnie, czy ciało jest ciepłe czy zimne. Temperatura topnienia lodu w różnych temperaturach Skala Wartość Celsjusza 0C Reamura 0R Fahrenheita 32F Kelvina 273.16K

Skala Kelwina: 0 K = -273C 0 C = 273 K Skala Fahrenheita 0 C =32 F Skala Reamura 100 C = 80 R 0 C = 0 R Skala Fahrenheita 0 C =32 F 100 C = 212 F 0 F = -15,5 F Skala Kelwina: 0 K = -273C 0 C = 273 K

CO TO JEST CIEPŁO? Ciepło - to energia, jaką ciało o wyższej temperaturze przekazuje znajdującemu się z nim w kontakcie cieplnym ciałom o niższej temperaturze tak długo aż oba ciała będą miały tą samą temperaturę.

JAK RÓŻNE SUBSTANCJE REAGUJĄ NA ZMIANY TEMPERATURY? Rozszerzalność temperaturowa (cieplna, termiczna) ciał – zwiększenie objętości ciał w miarę wzrostu temperatury i zmniejszenie ich objętości w miarę obniżania temperatury.

TABELA WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA () OBJĘTOŚCIOWEJ ROZSZERZALNOŚCI TEMPERATUROWEJ

JAKA JEST WEWNĘTRZNA BUDOWA CIAŁ STAŁYCH? Ciała stałe zbudowane są z cząsteczek, które drgają – mają energię kinetyczną. Temperatura jest miarą energii kinetycznej. Gdy podgrzewamy ciała, cząsteczki drgają szybciej – zwiększa się energia kinetyczna, zwiększają się odległości między cząsteczkami i zwiększa się objętość ciał.

DYLATOSKOP – PRZYRZĄD DO POMIARU ZMIAN DŁUGOŚCI CIAŁ STAŁYCH.

DZIAŁANIE DYLATOSKOPU Ogrzewany pręt połączony jest z jednej strony ze wskazówką, a z drugiej jest na stałe przymocowany do obudowy. Ogrzewanie powoduje wydłużenie się pręta, a jego nie zamocowany koniec przesuwa wskazówkę. W czasie stygnięcia pręta wskazówka powoli opada. Wniosek: Rozszerzalność liniowa ciał stałych polega na wydłużaniu się ciał stałych podczas ogrzewania (wzrostu ich temperatury) i kurczeniu się podczas stygnięcia(spadku temperatury). Zależy ona od rodzaju substancji, długości początkowej oraz temperatury początkowej.

Nasze doświadczenia

Podgrzewany pręt wydłuża się i wskazówka dylatoskopu przesuwa się.

CO SIĘ STANIE PO OGRZANIU KULKI?

PIERŚCIEŃ GRAVESANDA Metalowa kulka przed ogrzaniem przechodzi swobodnie przez pierścień Gravesanda, natomiast po ogrzani w płomieniu palnika kulka nie może przejść przez pierścień. Łatwo można się przekonać, że nie mieści się ona w jego otworze. Oznacza to, że gorąca kulka jest powiększona we wszystkich kierunkach - ma zmienioną objętość.

Nasze doświadczenia

Kulka po ogrzaniu nie przechodzi przez pierścień.

ZNACZENIE PRAKTYCZNE ZJAWISKA ROZSZERZALNOŚCI TEMPERATUROWEJ CIAŁ STAŁYCH Rozszerzalność temperaturowa musi być więc uwzględniana przy budowie wieżowców i mostów, czy napowietrznych linii przewodowych. Stalowe przęsła mostu mogą być latem nawet o pół metra dłuższe niż zimą. Rozwiązaniem tej sytuacji jest stosowane zazębiających się stalowych „grzebieni”, za pomocą których łączy się poszczególne części nawierzchni mostu. Mostu nie przyczepia się też sztywno, stosuje się tzw. przerwy dylatacyjne.

Napowietrzne przewody elektryczne są zawieszane luźno, aby nie doszło do ich zerwania, kiedy będzie zimno i się skurczą.

Szyny kolejowe i tramwajowe łączy się ze sobą, zostawiając pomiędzy kolejnymi odcinkami przerwy dylatacyjne. Stalowa szyna o długości 100m w gorący dzień może być o 5cm dłuższa niż w zimie.

Co to jest bimetal? Bimetal – trwale połączone na całej powierzchni styku elementy z dwóch różnych pod względem właściwości fizykochemicznych metali lub stopów. Metale rozszerzają się pod wpływem wzrostu temperatury, jednak każdy metal w innym stopniu. Fakt niejednakowego rozszerzania się metali wykorzystuje się do produkcji czujników automatycznego regulowania temperatury. Czujniki te stosowane są między innymi w pralkach, lodówkach, żelazkach lub kuchenkach elektrycznych.

Czujnik wyłącza prąd w grzejniku żelazka, gdy jego temperatura osiągnie żądaną wartość. Gdy bimetaliczny pasek nagrzeje się, jego wygięcie sprawi, że obwód elektryczny zostanie przerwany. Po krótkim czasie, gdy pasek ostygnie, obwód zostanie zamknięty i grzałka ponownie rozgrzeje żelazko.

Rozszerzalność temperaturowa cieczy Podniesienie się poziomu wody świadczy o jej rozszerzeniu się pod wpływem wzrostu temperatury. Podobnie jak woda, także inne ciecze zwiększają swoją objętość podczas ogrzewania. W miarę wzrostu temperatury cząsteczki cieczy oddalają się od siebie. Zjawisko rozszerzalności cieplnej zachodzi w większym stopniu w cieczach niż w ciałach stałych.

Tabela rozszerzalności temperaturowej cieczy Substancja Przyrost objętości w cm³ Eter etylowy 1,62 Aceton 1,49 Alkohol etylowy 1,10 Nafta 0,96 Gliceryna 0,50 Woda 0,21 Rtęć 0,18

Nasze doświadczenia

Podgrzany denaturat rozszerza się i wypełnia rurkę.

Gdzie wykorzystuje się rozszerzalność temperaturową cieczy? Zjawisko rozszerzalności temperaturowej wykorzystuję się również do produkcji różnego typu termometrów metalowych. Wskazówka umieszczona na spiralnie zwiniętej blaszce przesuwa się wraz ze zmianą temperatury. Takie termometry stosuję się np. w piekarnikach lub do pomiaru temperatury na otwartej przestrzeni.

Rodzaje termometrów zaokienny lekarski laboratoryjny

Anomalna rozszerzalność cieplna wody Woda wykazuje przy podgrzewaniu anomalie w rozszerzalności cieplnej. W zakresie temperatur od 0°C (temperatura topnienia lodu) do 4°C objętość maleje, a więc najgęstsza jest woda o temperaturze 4°C. W zamarzniętym zimą zbiorniku wodnym lód pływa na powierzchni wody. Pod lodem temperatura wody wynosi 0°C. Na dnie jest najgęstsza woda o temperaturze 4°C. W zbiorniku takim istnieją warunki do zachowania życia biologicznego.

Temperatura wody latem Temperatura wody zimą Temperatura wody latem

Nietypowym zjawiskiem jest również zwiększanie objętości podczas zamarzania 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.

Rozszerzalność temperaturowa gazów Czy gazy również zwiększają swoją objętość, gdy się je ogrzewa? Sprawdziliśmy to na następujących doświadczeniach: DOŚWIADCZENIE Butelkę włożyliśmy do miski z gorącą wodą. Na otwór butelki nałożyliśmy balonik. Objętość balonika zaczęła ulegać zmianom, w zależności od temperatury wody w naczyniu. Doświadczenie stanowi potwierdzenie rozszerzalności objętościowej gazów (tu powietrza) spowodowanego wzrostem temperatury.

Nasze doświadczenia Podczas ogrzewania naczynia balon napełnia się powietrzem.

DOŚWIADCZENIE Do drugiego doświadczenia potrzebowaliśmy piłki pingpongowej i szklanki z gorącą wodą. Piłeczkę trzeba zgnieść – ale nie za mocno, by nie połamać – następnie włożyć do ciepłej wody. Pod wpływem ciepła powietrze w piłeczce zwiększy swoją objętość, tym samym piłka powróciła do swojego dawnego wyglądu.

Nasze doświadczenie Po ogrzaniu powietrze wypchnęło zgniecioną piłeczkę.

Doświadczenie W bardzo mroźny dzień wyjść na dwór i nadmuchać balon do granic wytrzymałości, a następnie wejść z tym balonem do ciepłego pomieszczenia. Efekt: balon pęka. Wniosek: w niskiej temperaturze w balonie znalazło się dużo powietrza, które w ciepłym pomieszczeniu (pod wpływem temperatury) zaczęło się rozszerzać i rozerwało balon.

uwaga Nigdy nie wolno ogrzewać ani wrzucać do ognia opakowań po aerozolach, ponieważ szczelnie zamknięty w nich gaz, rozszerzając się, może spowodować wybuch pojemnika i poranić osoby znajdujące się w pobliżu.

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

ciekawostka Najprawdopodobniej pierwszym uczonym, który udowodnił, że powietrze zwiększa swoją objętość przy podgrzaniu, był żyjący w III w p.n.e. Filon z Bizancjum. Połączył on wydrążoną kulę z naczyniem pełnym wody. Gdy słońce podgrzewało kulę, powietrze wydostawało się z niej, powodując bulgotanie wody w naczyniu.

Wniosek Wszystkie ciała ( ciała stałe, ciecze, gazy) zwiększają swoją objętość pod wpływem wzrostu temperatury. Największą rozszerzalnością temperaturową odznaczają się gazy, najmniejszą – ciała stałe. Rozszerzalność cieczy i ciał stałych jest różna i zależy od rodzaju substancji.

bibliografia M. Halaunbrenner „Ćwiczenia praktyczne z fizyki” G. Gębura, R. Subieta „Metodyka eksperymentu fizycznego” D. Tokar, B. Pędzisz, B. Tokar „Doświadczenia z fizyki dla szkoły podstawowej” http://www.youtube.com/watch?v=s2mCUswoEgQ&feat ure=channel&list=UL