Загальна інформація
Опис
Залежна від температури поведінка твердих тіл має багато наслідків. Наприклад, при будівництві таких конструкцій, як мости, необхідно враховувати можливе розширення або стиснення металу, що використовується. Тому розуміння поведінки таких твердих тіл є дуже важливим для їх використання в будівництві.
Експериментальна установка
Додаткова інформація (1/2)
попередні
знання
Попередніх знань не потрібно.
Науковий
принцип
Довжина металевих трубок або стрижнів змінюється при нагріванні або охолодженні. Якщо гаряча трубка міцно закріплена на місці, то при охолодженні на її тримачі діятимуть великі сили. У цьому експерименті одна сторона тримача складається з жорсткого штифта, виготовленого з чавуну, який руйнується під дією цієї сили при охолодженні трубки.
Додаткова інформація (2/2)
Мета навчання
Мета цього експерименту - дізнатися про взаємодію сил, що впливають на поведінку твердих тіл залежно від температури.
- Використовуйте апаратТиндаля для демонстрації теплового розширення тіл, пов'язаних із залежною від температури поведінкою твердих тіл.
Завдання
Обладнання
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, демонстраційна | 02007-55 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=500 мм | 02032-00 | 1 |
| 3 | Прямокутний затискач | 02054-00 | 1 |
| 4 | Апарат для демонстрації теплового розширення | 04220-00 | 1 |
| 5 | Щипці для тигля, нержавіюча сталь, l = 200 мм | 33600-00 | 1 |
| 6 | Бутановий пальник Labogaz 206 | 32178-00 | 1 |
| 7 | Бутановий картридж, без вентиля, 190 г | 47535-01 | 1 |
Підготовка та виконання роботи
Підготовка
- Зберіть експериментальну установку як показано на рис. 1, вставте латунну трубку в прямокутний затискач таким чином, щоб вужчий кінець натяжного клина був спрямований донизу.
- Підніміть натяжний клин, вставте чавунні штифти в пристрій для зрізання штифтів і міцно закріпіть його на місці, натиснувши на натяжний клин вниз. (Якщо затискний клин виступає більш ніж на третину, між затискним клином і фігурною опорою слід встановити розпірне кільце. Для цього необхідно відкрутити гвинт на затискному клині).
- Відстань між пальником і латунною трубкою має становити близько 2 см.
Рис. 1
Виконання роботи
- Нагрійте латунну трубку, а потім час від часу злегка постукуйте по затискному клину другим штифтом або тигельними щипцями, щоб латунна трубка з чавунним штифтом завжди були надійно закріплені на місці. (В іншому випадку U-подібний тримач може провернутися, а штифт - зісковзнути).
- Нагрійте латунну трубку по всій довжині, поки затискний клин не дійде до упору.
- Вимкніть пальник.
- Зверніть увагу на чавунні штифти.
Обережно! Латунна трубка і чавунний штифт сильно нагріються! Торкайтеся фрагментів зламаного штифта лише щипцями для тигля.
Результати та оцінка
Результати
При нагріванні латунної трубки її колір змінюється і стає червоно-гарячим в точці полум'я після нагрівання протягом приблизно 5 хвилин. Клин можна легко вибити в проріз, злегка постукавши по ньому. При охолодженні трубки чавунний штифт приблизно через 4-5 хвилин раптово ламається. Бокові частини штифта відлітають убік приблизно на 1-2 метри.
Оцінка
Латунна трубка розширюється при нагріванні. В результаті проріз в трубці зміщується більше в напрямку затискного клину, і вона може прослизнути далі вниз або бути злегка притиснута донизу. При охолодженні стиснення трубки запобігається завдяки тому, що вона міцно затиснута на місці. Сили, які виникають в трубці (рис. 2), настільки великі, що чавунний штифт, який не є дуже еластичним, руйнується.
Рис. 2