Διάταξη:
- Μεταλλικό κύπελλο με αεροστεγές καπάκι από φελλό.
- Ηλεκτρική αντίσταση που θερμαίνει το νερό που τοποθετούμε μέσα στο μεταλλικό κύπελλο.
3 συσκευές υπολογισμού γραμμικής θερμικής διαστολής αποτελούμενες από βαθμονομημένη κλίμακα γραμμικής διαστολής σε mm και από σωλήνες διαφορετικών υλικών (μπρούντζος, ανοξείδωτο ατσάλι, γυαλί)
Διαδικασία:
Θέτουμε σε λειτουργία την ηλεκτρική αντίσταση για να θερμάνουμε το νερό εντός του κυπέλλου. Σε μερικά λεπτά καυτό νερό και ατμοί διοχετεύονται στους σωλήνες των συσκευών. Παρατηρούμε ότι οι σωλήνες παρουσιάζουν διαφορετική γραμμική διαστολή.
Γιατί συμβαίνει αυτό;
Εξήγηση:
Κατά την θέρμανση των υλικών η προσφερόμενη ενέργεια (θερμότητα) αυξάνει τις μέσες ενδοατομικές αποστάσεις των υλικών. Η αύξηση αυτή αθροίζεται για όλα τα άτομα του υλικού και έτσι παρατηρείται αύξηση των διαστάσεων του. Λόγω του σχήματος των υλικών (ράβδοι) μπορούμε να θεωρήσουμε ότι η αύξηση αυτή γίνεται κυρίως στην μια διάσταση του υλικού, το μήκος του και είναι αμελητέο στις άλλες δυο. Πρόκειται επομένως για γραμμική θερμική διαστολή.
Το μέγεθος της γραμμικής διαστολής εξαρτάται
- Από το αρχικό μήκος του σώματος.
- Από τη μεταβολή της θερμοκρασίας.
- Από το είδος του υλικού.
Στο πείραμα μας οι δυο πρώτοι παράγοντες είναι κοινοί και για τους τρεις σωλήνες. Άρα είναι το είδος του υλικού αυτό που κάνει την διαφορά.
Αιτία για αυτό είναι το πόσο ισχυρά ή όχι συνδέονται τα μόρια του κάθε υλικού μεταξύ τους. Η διαμοριακή αυτή σύνδεση παρουσιάζεται στο συντελεστή α, συντελεστής γραμμικής διαστολής.
Η σχέση που μας δίνει τη θερμική διαστολή ενός υλικού είναι η
Για την διάταξη μας, ο συντελεστής γραμμικής διαστολής των υλικών μας είναι
| ΥΛΙΚΟ | α (Κ-1) |
| Μπρούντζος | 1810-6 |
| Ανοξείδωτο Ατσάλι | 1110-6 |
| Γυαλί (πυρέξ) | 410-6 |
Γίνεται λοιπόν αντιληπτό ότι τη μεγαλύτερη γραμμική διαστολή την έχει ο μπρούντζος μετά το ατσάλι και τέλος το γυαλί.