MỤC TIÊU
• Thực hiện thí nghiệm để chứng tỏ được các chất khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.
• Lấy được một số ví dụ về công dụng và tác hại của sự nở vì nhiệt.
• Vận dụng kiến thức về sự truyền nhiệt, sự nở vì nhiệt, giải thích được một số hiện tượng đơn giản thường gặp trong thực tế.
TÓM TẮT KIẾN THỨC
💡 Mở đầu
Tháp Eiffel (Ép-phen) (hình 26.1) được xây dựng tại Paris (Pa-ri) nước Pháp, là một công trình kiến trúc nổi tiếng toàn cầu. Tháp được làm bằng sắt. Khi xây xong tháp cao 325 m. Vào mùa đông và mùa hè, tháp có chiều cao chênh lệch khoảng 17 cm. Vì sao lại xảy ra hiện tượng như vậy?
Hiện tượng chênh lệch chiều cao của Tháp Eiffel giữa mùa đông và mùa hè có thể được giải thích bằng các yếu tố như sự co và giãn nở của vật liệu và ảnh hưởng của nhiệt độ.
Tháp Eiffel được làm bằng thép, một vật liệu có tính chất co và giãn nở theo nhiệt độ.
+ Vào mùa đông, nhiệt độ thấp hơn so với mùa hè, làm cho vật liệu co lại và chiều cao của Tháp Eiffel giảm đi khoảng 17 cm.
+ Trong khi đó, vào mùa hè, nhiệt độ cao hơn, vật liệu giãn nở và chiều cao của Tháp Eiffel tăng lên.
I. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT RẮN
Để tìm hiểu về sự nở vì nhiệt của chất rắn, em hãy tiến hành thí nghiệm sau đây.
🔬 Thí nghiệm 1
❖ Chuẩn bị
(1) Ống kim loại rỗng, trên thân có bộ phận gắn ống dẫn nước nóng vào và ra, có lỗ để cắm nhiệt kế;
(2) Đồng hồ chỉ thị độ giãn nở có độ chia nhỏ nhất 0,01 mm;
(3) Hai thanh kim loại đồng chất (nhôm và đồng) có chiều dài bằng nhau;
(4) Giá đỡ ống kim loại rỗng, một đầu giá có bộ phận định vị thanh kim loại và điều chỉnh được, đầu còn lại có bộ phận lắp đồng hồ;
(5) Nước đun sôi (100 °C) và nước ở nhiệt độ phòng.
❖ Tiến hành
• Lần 1: Đổ nước sôi qua phễu vào ống kim loại rỗng, trong ống có thanh nhôm, đợi kim đồng hồ chỉ giá trị ổn định, đọc và ghi lại số chỉ của đồng hồ.
Sau đó đổ nước ở nhiệt độ phòng vào ống kim loại rỗng để nhiệt độ ống trở về nhiệt độ phòng.
• Lần 2: Thay thanh nhôm bằng thanh đồng và tiến hành tương tự như lần 1.
Sau khi được làm nóng, chiều dài của thanh đồng và thanh nhôm tăng thêm bao nhiêu? Độ tăng chiều dài của thanh nào lớn hơn?
+ Dựa vào thí nghiệm, kết quả tham khảo: thanh đồng tăng khoảng 1.8mm còn thanh nhôm tăng khoảng 2,4mm.
+ Độ tăng chiều dài của thanh nhôm lớn hơn.
Khi vật nóng lên, kích thước của vật tăng lên, ta nói vật bị nở vì nhiệt.
Làm thí nghiệm với các vật được làm bằng các chất khác nhau, ta thấy: Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
1. Khi nhận thêm hay mất bớt năng lượng nhiệt, kích thước của vật thay đổi thế nào?
- Khi nhận thêm năng lượng nhiệt, kích thước của vật lớn hơn kích thước ban đầu.
- Khi mất bớt năng lượng nhiệt, kích thước của vật nhỏ hơn kích thước ban đầu.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
2. Chiều cao của tháp Ép-phen vào mùa đông hay mùa hè lớn hơn? Vì sao?
Chiều cao của tháp Eiffel vào mùa hè lớn hơn. Vì vào mùa hè, nhiệt độ cao hơn, vật liệu giãn nở và chiều cao của Tháp Eiffel tăng lên.
🕵️♀️ Em có biết
Bảng dưới đây cho biết độ tăng chiều dài của thanh có chiều dài 1 mét, được làm bằng các chất khác nhau.
II. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ
Để tìm hiểu sự nở vì nhiệt của chất lỏng, em hãy tiến hành thí nghiệm sau đây.
🔬 Thí nghiệm 1
❖ Chuẩn bị
Ba bình giống nhau có gắn ống thuỷ tinh chứa lần lượt: rượu, nước và dầu; khay.
❖ Tiến hành
• Điều chỉnh mực chất lỏng trong mỗi bình ngang nhau (đánh dấu vị trí mực chất lỏng ban đầu) (hình 26.3).
• Đặt ba bình chất lỏng vào cùng một khay, từ từ đổ nước nóng vào khay.
• So sánh mực chất lỏng ở mỗi ống thuỷ tinh sau khi đổ nước nóng vào khay.
Từ thí nghiệm trên và nhiều thí nghiệm khác cho thấy chất lỏng nở vì nhiệt.
Các chất lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau. Giống như chất rắn và chất lỏng, chất khí cũng nở vì nhiệt.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
3. Chất lỏng và chất khí nở vì nhiệt như thế nào?
- Chất lỏng và chất khí đều nở ra khi nóng lên co lại khi lạnh đi.
- Chất lỏng nở ra vì nhiệt ít hơn so với chất khí khi nở ra vì nhiệt.
❓ Quan sát, trả lời câu hỏi hoặc thảo luận
4. Dựa vào bảng 26.1, hãy nhận xét về sự nở vì nhiệt của các chất khí ở điều kiện áp suất không đổi.
Sự nở vì nhiệt của các chất khí ở điều kiện áp suất không đổi: Chất khí khác nhau nở vì nhiệt giống nhau.
📝 Luyện tập
1. Chuẩn bị dụng cụ như hình 26.3, nếu đổ nước lạnh vào khay, hãy dự đoán sự thay đổi mực chất lỏng ở mỗi bình, sau đó tiến hành thí nghiệm kiểm chứng dự đoán của em.
Mực nước trong chai nước sẽ giảm nhiều nhất, rượu sẽ giảm ít hơn nước, và dầu sẽ giảm ít nhất.
III. ỨNG DỤNG SỰ NỞ VÌ NHIỆT TRONG THỰC TIỄN
Sự nở vì nhiệt của các chất rắn, lỏng và khí được con người ứng dụng trong đời sống, ví dụ như để chế tạo: nhiệt kế thuỷ ngân đo nhiệt độ cơ thể từ 35 °C đến 42 °C (hình 26.4a), nhiệt kế kim loại đo nhiệt độ trong các lò nướng thức ăn từ 50 °C đến 300 °C (hình 26.4b), khí cầu (hình 26.4c),...
Sự nở vì nhiệt được ứng dụng trong kĩ thuật như chế tạo băng kép. Băng kép được cấu tạo bởi hai thanh làm bằng hai chất nở vì nhiệt khác nhau, được gắn chặt vào nhau dọc theo chiều dài của thanh. Khi nhiệt độ tăng, băng kép cong về phía thanh nở ít hơn. Do có tính chất này mà băng kép được sử dụng để đóng ngắt mạch điện tự động khi nhiệt độ thay đổi ở một số thiết bị điện như: bàn là, ấm đun nước,...
📝 Luyện tập
2. Nêu một ví dụ về ứng dụng sự nở vì nhiệt của chất khí và giải thích.
Những chiếc khinh khí cầu có thể bay lên nhờ không khí khi được đốt nóng giãn nở ra, dòng không khí nóng này di chuyển lên cao tạo thành lực đẩy hướng lên trên làm cho khinh khí cầu nhẹ hơn và có thể bay lên cao.
📝 Luyện tập
3. Ở nhiệt độ bình thường khoảng 20 °C, thanh băng kép có hình dạng thẳng như hình 26.5a.
- Nếu làm nóng thanh như ở hình 26.5b thì thanh thay đổi hình dạng như thế nào?
- Lắp thanh vào mạch điện (hình 26.5c), sau đó làm nóng thanh thì có hiện tượng gì xảy ra? Biết rằng băng kép này có thanh phía dưới nở vì nhiệt ít hơn thanh phía trên.
- Nếu làm nóng thanh như ở hình 26.5b thì thanh nóng lên sẽ nở dài ra và cong về phía thanh dài ra ít hơn.
- Lắp thanh vào mạch điện (hình 26.5c), sau đó làm nóng thanh thì thanh nóng lên sẽ nở dài ra và cong về phía thanh dài ra ít hơn làm chạm vào tiếp điểm giúp mạch kín, có dòng điện chạy qua bóng đèn và bóng đèn sáng.
IV. TÁC HẠI CỦA SỰ NỞ VÌ NHIỆT
- Bên cạnh nhiều công dụng, sự nở vì nhiệt cũng gây ra những tác hại. Ví dụ vào những ngày nắng nóng, các thanh ray bị nở vì nhiệt, nó có thể gây ra những lực rất lớn, có thể làm cong cả những thanh ray tàu hoả.
- Để ngăn chặn tác hại do sự nở vì nhiệt của các chất gây ra, trong từng trường hợp, người ta đưa ra các giải pháp thích hợp, ví dụ như: gối đỡ ở hai đầu cầu được làm bằng các con lăn thép (hình 26.6a), bia không đóng đầy chai (hình 26.6b), lắp van thoát khí ở nồi áp suất (hình 26.6c).
⚙️ Vận dụng
Lọ thuỷ tinh có nắp xoay bằng sắt khi để lâu ngày, rất khó dùng tay mở nắp. Nếu hơ nóng nắp sắt này rồi mới xoay thì xoay dễ dàng hơn. Giải thích vì sao.
Vì lọ và nắp được làm bằng hai loại vật liệu khác nhau, do đó chúng có hệ số giãn nở khác nhau. Vật liệu sắt sẽ giãn nở nhiều hơn thuỷ tinh khi được nhiệt lên, vì vậy khi bạn hơ nóng nắp sắt, nó sẽ giãn nở nhiều hơn lọ thuỷ tinh. Khi nắp sắt được giãn nở đủ, thì với lực xoay thường, nắp sẽ xoay dễ dàng hơn và dễ mở hơn.
🔑 Kiến thức cốt lõi
• Các chất lỏng và rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.
• Các chất khí khác nhau nở vì nhiệt giống nhau.
• Sự nở vì nhiệt được ứng dụng nhiều trong cuộc sống.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
