Materia edukacyjny wytworzony w ramach projektu Scholaris portal

Materiał edukacyjny wytworzony w ramach projektu „Scholaris - portal wiedzy dla nauczycieli” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

II etap edukacyjny PRZYRODA

Rozszerzalność cieplna ciał, nazywana inaczej temperaturową, to zjawisko polegające na zwiększaniu objętości ciał fizycznych w miarę wzrostu temperatury i zmniejszaniu ich objętości w miarę jej obniżania.

Wyjątkiem tu jest woda, która pod wpływem niskich temperatur zwiększa swą objętość. Zjawisko to nazywa się anormalnym rozszerzaniem wody.

Rozszerzalność temperaturowa ciał jest w życiu człowieka bardzo ważna. Wiedzę o tym zjawisku fizycznym wykorzystują specjaliści z różnych branż w wielu przedmiotach codziennego użytku. Mając tę wiedzę można również zapobiec wielu skutkom negatywnym, które wynikają z rozszerzalności temperaturowej ciał.

SKUTKI POZYTYWNE

Zjawisko rozszerzalności temperaturowej cieczy stosuje się w popularnych termometrach alkoholowych. Przy zmianach temperatury alkohol znajdujący się w szklanej rurce podnosi się lub opada i pokazuje aktualną temperaturę na specjalnej podziałce.

Zjawisko rozszerzalności cieplnej zastosowano w czujnikach termicznych w wielu urządzeniach elektrycznych, np. bojlerach, piecykach elektrycznych lub też czajnikach. Czujniki termiczne zapobiegają przegrzaniu się urządzenia, a co za tym idzie, ich stosowanie zapobiega powstaniu ryzyka pożaru lub nawet wybuchom (np. bojlerów).

Kolejnym zastosowaniem są płytki bimetalowe w wyłącznikach termostatycznych. Są one stosowane w popularnych urządzeniach AGD, np. lodówkach i żelazkach. Pod wpływem temperatury płytki bimetalowe zmieniają swój kształt załączając lub rozłączając obwody elektryczne.

Zjawisko rozszerzalności temperaturowej gazów wykorzystuje się w balonach na ogrzane powietrze. Balon unosi się do góry ponieważ jego powłoka napełniona jest powietrzem ogrzanym przez palnik znajdujący się w gondoli.

W warunkach domowych zjawisko rozszerzalności cieplnej gazów można łatwo zaobserwować mając zgniecioną piłeczkę pingpongową. Po włożeniu jej do garnka z wrzącą wodą, powietrze wewnątrz ogrzanej piłeczki rozszerza się i nadaje jej poprzedni kształt.

SKUTKI NEGATYWNE

Jednym z zagrożeń spowodowanych efektem rozszerzalności cieplnej jest wyginanie się szyn pod wpływem temperatury. Takie wyginanie może spowodować wypadnięcie pociągu z szyn, co prowadzi do jego wykolejenia.

Rozwiązaniem tego problemu jest stosowanie specjalnych przerw pomiędzy szynami, które pozwalają metalowi na swobodne rozszerzanie się i kurczenie, dzięki czemu szyny się nie odkształcają. Pasażerowie pociągów te przerwy słyszą doskonale w postaci dźwięków przypominających „tuk, tuk”.

Kolejnym efektem negatywnym są dziury w drogach. Przez asfalt przesiąka woda i jeżeli temperatura spadnie poniżej zera, to woda w asfalcie zwiększa swoją objętość i rozsadza asfalt od środka.

Do dziś nie znaleziono rozwiązania całkowicie eliminującego ten problem. Pewnym rozwiązaniem jest odpowiedni dobór składników asfaltu do panujących na danym terenie średnich warunków pogodowych.

Z powodu zwiększenia objętości zamarzniętej wody zimą pękają rury. Wymiana rur o tej porze roku często jest dużym problemem ze względu na zamarzniętą ziemię. Dlatego też usuwanie awarii wodociągowych zimą jest często długotrwałe i kosztowne.

Aby zapobiec tego typu zdarzeniom należy instalacje wodociągowe budować zgodnie z wymogami bezpieczeństwa. Rury muszą być położone odpowiednio głęboko, co najmniej 1, 5 metra poniżej poziomu gruntu. Rury powinny być zbudowane z odpowiednich materiałów posiadających atesty, a także powinny być one odpowiednio zaizolowane.

Aby zimą uniknąć awarii musimy z zewnętrznych kranów spuścić wodę i zakręcić zawory. Dzięki temu zamarznięta woda nie uszkodzi nam instalacji wodociągowej.

Ze względu na zmiany temperatury kable elektryczne i telefoniczne w instalacjach napowietrznych zmieniają długość - zimą zwisają wyżej, a latem niżej. W tym przypadku rezultatem rozszerzalności cieplnej są liczne awarie sieci.

Bardzo niebezpiecznym efektem rozszerzalności cieplnej gazów jest możliwość wybuchu butli gazowej. Butli tych w żadnym wypadku nie można narażać na temperaturę powyżej 35°C, ponieważ podniesienie temperatury gazu o 1 stopień zwiększa ciśnienie o 7 atmosfer.

Dlatego też butli gazowych nie można przeładować, zawsze należy zostawić minimum 15% wolnego miejsca, które „przyjmie” nadmiar ciśnienia. Współczesne butle gazowe są bezpieczne, ale maksymalnie mogą wytrzymać ciśnienie kilkunastu atmosfer. Gdy wartość krytyczna zostanie przekroczona, dojdzie do wybuchu!

Kolejnym negatywnym przykładem rozszerzalności gazów jest ogrzewanie pojemników po aerozolach. W hermetycznym pojemniku znajduje się gaz, który pod wpływem temperatury może rozszczelnić pojemnik i spowodować wybuch. Pamiętajcie, aby nigdy nie kłaść aerozoli na kaloryferach i nie wrzucać pustych pojemników do ogniska!

Będąc w swoich mieszkaniach często możemy słyszeć dziwne dźwięki wydobywające się z mebli. Są one powodowane tym, że pod wpływem wyższych temperatur klej przestaje trzymać - jest za mało elastyczny. Szczególnie często zdarza się to w starszych meblach, do których klejenia stosowano często klejów o nieodpowiednich składnikach.

Materiał edukacyjny wytworzony w ramach projektu „Scholaris - portal wiedzy dla nauczycieli” współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.