Sự nở vì nhiệt SVIP

1. Sự nở vì nhiệt

➤ Tìm hiểu sự nở vì nhiệt của chất rắn

Thí nghiệm 1: Sự nở vì nhiệt của một chất rắn

Chuẩn bị: bộ thí nghiệm gồm quả cầu kim loại và vòng kim loại có tay cầm cách nhiệt, đèn cồn, chậu nhựa chứa nước lạnh.

Thí nghiệm tìm hiểu sự nở vì nhiệt của kim loại

Tiến hành: 

• Bước 1: Thả quả cầu kim loại xem nó có lọt qua vòng kim loại không ➜ Quả cầu lọt qua vòng kim loại.
• Bước 2: Hơ nóng quả cầu kim loại trên ngọn lửa đèn cồn trong 1 - 2 phút rồi thả quả cầu xem nó có lọt qua vòng kim loại không ➜ Quả cầu không lọt qua vòng kim loại.
• Bước 3: Nhúng quả cầu đã hơ nóng vào nước lạnh trong khoảng 1 phút rồi thả lại quả cầu xem nó có lọt qua vòng kim loại không ➜ Quả cầu lọt qua vòng kim loại dễ hơn so với trước khi hơ nóng.

Thí nghiệm 2: Sự nở vì nhiệt của các chất rắn khác nhau

Chuẩn bị: băng kép gắn với tay cầm bằng gỗ, đèn cồn, giá đỡ.

Băng kép là hai thanh kim loại khác nhau được ghép chặt với nhau.

Bố trí thí nghiệm tìm hiểu sự nở vì nhiệt của băng kép

Tiến hành: 

• Bước 1: Lắp băng kép lên giá đỡ. Dùng đèn cồn hơ nóng băng kép trong khoảng 1 - 2 phút. Lưu ý di chuyển đèn cồn qua lại để hơ nóng đều từ đầu này đến đầu kia của băng kép. Quan sát hình dạng của băng kép ➜ Băng kép bị cong dần.
• Bước 2: Tắt lửa đèn cồn. Tiếp tục quan sát hình dạng của băng kép trong khoảng 1 - 2 phút sau đó ➜ Băng kép dần trở về lại hình dạng thẳng ban đầu.

➤ Tìm hiểu sự nở vì nhiệt của chất lỏng và chất khí

Thí nghiệm 3: Sự nở vì nhiệt của chất lỏng

Chuẩn bị: bình cầu, nước màu, nút cao su có lỗ, ống thủy tinh, chậu nước ấm, bút màu.

Bố trí thí nghiệm tìm hiểu sự nở vì nhiệt của chất lỏng

Tiến hành:

• Bước 1: Đặt bình cầu lên bàn, đổ đầy nước màu vào bình cầu. Đậy chặt bình bằng nút cao su có lỗ rồi cắm ống thủy tinh xuyên qua lỗ. Dùng bút màu đánh dấu mực nước trên ống thủy tinh.
• Bước 2: Đặt bình cầu vào chậu nước ấm trên bàn. Quan sát mực nước trên ống thủy tinh ➜ Mực nước trong ống thủy tinh dâng cao.
• Bước 3: Nhấc bình cầu ra khỏi chậu nước ấm và đặt bình cầu lên bàn. Quan sát hiện tượng xảy ra với mực nước trong ống thủy tinh ➜ Mực nước trong ống thủy tinh hạ thấp xuống về mực nước ban đầu.

Thí nghiệm 4: Sự nở vì nhiệt của chất khí

Chuẩn bị: bình cầu, nút cao su có lỗ, ống thủy tinh chữ L, nước màu.

Bố trí thí nghiệm tìm hiểu sự nở vì nhiệt của chất khí

Tiến hành: 

• Bước 1: Đặt bình cầu lên bàn. Đậy chặt bình cầu bằng nút cao su.
• Bước 2: Nhúng một đầu ống chữ L vào cốc nước màu, dùng ngón tay bịt chặt đầu kia để lấy giọt nước màu vào trong ống, rồi gắn ống chữ L xuyên qua nút cao su.
• Bước 3: Xoa hai bàn tay vào nhau cho nóng lên, rồi áp chặt hai bàn tay vào bình cầu. Quan sát hiện tượng xảy ra với giọt nước màu ➜ Giọt nước màu di chuyển ra phía đầu ngoài của ống thủy tinh chữ L.
• Bước 4: Thả tay ra khỏi bình cầu. Quan sát hiện tượng xảy ra với giọt nước màu ➜ Giọt nước màu di chuyển trở lại vị trí ban đầu.

Kết luận: Hầu hết các chất rắn, lỏng, khí đều nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi. Các chất rắn, lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.

Nếu áp suất được giữ không đổi thì không khí và các chất khí khác nở vì nhiệt giống nhau.

Bảng độ tăng thể tích của 1000 cm³ một số chất,
khi nhiệt độ của nó tăng thêm 50 ^oC

2. Công dụng và tác hại của sự nở vì nhiệt

➤ Tìm hiểu công dụng của sự nở vì nhiệt

Sự nở vì nhiệt có nhiều công dụng trong thực tế. Ví dụ:

- Sự nở vì nhiệt của chất lỏng được ứng dụng để chế tạo các loại nhiệt kế chất lỏng như nhiệt kế rượu, nhiệt kế dầu, nhiệt kế thủy ngân, ...

Nhiệt kế thủy ngân

- Sự nở vì nhiệt của chất khí được ứng dụng để chế tạo nhiệt kế chất khí, khí cầu.

Khinh khí cầu

- Sự nở vì nhiệt của chất rắn được ứng dụng để lắp chặt hoặc tháo dỡ các dụng cụ hoặc các chi tiết máy. Chẳng hạn, trong công nghiệp người ta sử dụng máy gia nhiệt để làm nóng vòng bi, bánh răng, khớp nối, ... nhờ đó dễ dàng lắp chúng vào các chi tiết khác.

- Sự nở vì nhiệt của băng kép được ứng dụng để tự động đóng/ngắt mạch điện theo nhiệt độ.

Sơ đồ cấu tạo của bàn là điện

➤ Tác hại của sự nở vì nhiệt

Hình dưới đây mô tả thí nghiệm về sự nở vì nhiệt khi bị ngăn cản. Một thanh thép dài khoảng 20 cm, một đầu được chốt chặn trên giá đỡ bằng ốc vặn, đầu kia cài chốt ngang. Giá đỡ chắc chắn và chịu nhiệt tốt. Khi dùng bông tẩm cồn đốt nóng thanh thép trong vài phút thì chốt ngang bị gãy.

Bố trí thí nghiệm tìm hiểu sự nở vì nhiệt khi bị ngăn cản

Như vậy, sự nở vì nhiệt có thể gây ra những lực rất lớn khi bị ngăn cản. Lực xuất hiện trong sự nở vì nhiệt của chất rắn có thể làm biến dạng đường sắt, đường ống dẫn nước, dẫn khí; làm nứt, vỡ, gây tổn hại đến các công trình hoặc gây tai nạn nguy hiểm.

1. Các chất nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi.

2. Các chất rắn, lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau. Các chất khí nở vì nhiệt giống nhau (khi áp suất không đổi).

3. Sự nở vì nhiệt có một số công dụng hữu ích, nhưng cũng có thể gây hại.