Problem do rozwiązania
Jak zmienia się poziom wody podczas jej podgrzewania? Jak zmienia się objętość gazów wraz z temperaturą? Czy zmiany temperatury mogą spowodować zmiany rozmiaru ciał stałych? Klubowicz po wykonaniu serii prostych eksperymentów potrafi wytłumaczyć czym jest rozszerzalność temperaturowa, z czym związane jest to zjawisko i jakie są jego skutki.
Spis materiałów
- butelka szklana (dowolna objętość)
- butelka plastikowa bez zakrętki (dowolna objętość)
- przezroczysta słomka/rureczka gumowa
- plastelina
- barwnik spożywczy lub farba (cokolwiek, co zabarwi wodę i nie zmieni przy tym jej właściwości)
- garnek/ naczynie szklane
- kuchenka
- balon
- moneta
- deseczka/pudełko od zapałek
- gwoździe/szpilki
- świeczka
- pinceta
!!!!UWAGA!!!! – W doświadczeniach wykorzystywana jest gorąca woda i wysoka temperatura. Zachowaj szczególną ostrożność! Pracuj tylko pod nadzorem osoby dorosłej.
Etapy przeprowadzania doświadczenia
Eksperyment 1
- Do szklanej butelki wlej zimną wodę. Napełnij całą butelkę, możesz dodać barwnika (to ułatwi obserwacje).
- Wstaw słomkę do środka butelki i uszczelnij plasteliną dookoła.
- Napełnij garnek wodą i butelkę wstaw do środka. Garnek podgrzewaj na kuchence. Obserwuj poziom wody w słomce (UWAGA! Szkło niskiej jakości może pękać, jeśli wystawi się ja na przedłużone działanie wysokiej temperatury!).
Eksperyment 2
- Na szyjkę plastikowej butelki nałóż balon.
- Do jednego naczynia nalej gorącej wody, do drugiego zimnej.
- Butelkę z balonem wstaw do naczynia z gorącą wodą. Obserwuj co się dzieje z balonem.
- Następnie butelkę z balonem przenieś do naczynia z zimną wodą. Obserwuj zachowanie balonu.
Eksperyment 3
- Połóż monetę na deseczce/ pudełku od zapałek i wbij 2 gwoździe/szpilki po obu jej końcach, wyznaczając odcinek równy średnicy monety. Moneta pomiędzy gwoździami/szpilkami powinna się przesuwać.
- Następnie monetę ogrzej w płomieniu świecy. Monetę trzymaj za pomocą pincety.
- Połóż monetę na deseczce i spróbuj przesunąć pomiędzy gwoździami/szpilkami.
Pytania do doświadczenia
- Dlaczego zmiany temperatury prowadzą do zmiany objętości cieczy, gazów i ciał stałych?
- Czy wszystkie monety rozszerzają się tak samo pod wpływem ogrzewania (jeśli masz szansę, sprawdź również monety z innych krajów)?
Opis zjawiska
Rozszerzalność temperaturowa jest właściwością ciał polegającą na wzroście objętości wraz ze wzrostem temperatury. W miarę wzrostu temperatury drobiny cieczy, ciał stałych i gazów zyskują coraz większą energię kinetyczną, poruszają się więc coraz szybciej. W wyniku tego drobiny materii oddalają się od siebie na coraz większe odległości, powodując wzrost objętości.
Interpretacje wyników
Rozszerzalność temperaturowa jest właściwością ciał polegającą na wzroście objętości wraz ze wzrostem temperatury. W miarę wzrostu temperatury drobiny cieczy, ciał stałych i gazów zyskują coraz większą energię kinetyczną, poruszają się więc coraz szybciej. W wyniku tego drobiny materii oddalają się od siebie na coraz większe odległości, powodując wzrost objętości.
Ciekawostki
- Woda posiada anomalną rozszerzalność temperaturową – zmniejsza swoją objętość w miarę wzrostu temperatury w przedziale od 0 do 4°C (woda ma największą gęstość w 4°C ). Powyżej 4°C zachowuje się jak większość substancji zwiększając swoją objętość wraz z temperaturą. To oznacza, że w jeziorach woda o największej gęstości opada na dno. Dzięki tej własności ryby mogą przetrwać zimę na dnie zbiorników wodnych.
- Zjawisko to (anomalnej rozszerzalności temperaturowej wody) może być szkodliwe w skutkach. Jeżeli temperatura wody spadnie poniżej 4°C, objętość wody się zwiększy i może nastąpić pęknięcie rur czy grzejników.
- Zjawisko rozszerzalności termicznej jest często efektem niepożądanym. Różnego typu konstrukcje jak mosty czy szyny kolejowe, które są narażone na duże wahania temperatury muszą być wyposażone w tzw. przerwy dylatacyjne chroniące konstrukcję przed deformacjami.
- Wzmianki o pierwszym termometrze pochodzą z 210 r. p.n.e. Za jego twórcę uważa się greckiego pisarza i inżyniera Filona z Bizancjum. Natomiast pierwszy precyzyjny termometr stworzył Gabriel Fahrenheit w XVIII wieku.
