теплове розширення

"Що здається нам дивом. Насправді таким не є!" - Симон Стевін
Але, що буде, якщо кота Шредінгера засунути в пляшку Клейна і обмотати все стрічкою Мебіуса.

«Клас! Ная фізика» - це class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru. class-fizika.ru.

Що відбувається з повітрям при нагріванні?
Чому при нагріванні повітря легшає?
Куди дівається його вага?

Візьми пляшку з білого скла, по можливості з тонкими стінками. Підбери до неї щільну пробку. Якщо коркової пробки немає, годиться свіжа морква. Підбери скляну або пластикову трубочку і щільно встав її в отвір пробки. Налий в пляшку трохи підфарбованою води. Нижній кінець трубки повинен бути занурений у воду.

Коли ти обхватиш пляшку руками, вода почне підніматися по трубці. Значить, щось витісняє з пляшки воду, раз вона полізла в трубку!

Що ж це таке?
Ти, напевно, вже зрозумів, що це знову він, невидимка-повітря. Тепла твоїх рук виявилося досить, щоб повітря нагрілося, розширився і потіснив воду!

Наш досвід не дуже цікавий на перший погляд. У ньому ніщо не крутиться і не крутиться, не летить і не вибухає, що не підстрибує і не б'є фонтаном. Але результат вийшов дуже важливий: при нагріванні повітря розширюється. І розширюється сильно, якщо навіть теплота твоїх рук дала помітний вплив.
А тепер про вагу!

Скажімо, був у тебе один літр повітря. І важив цей повітря 1,2 г (одну цілу і дві десятих грама). Стільки приблизно він і важить. А потім ти це повітря нагрів, та так сильно, що він розширився вдвічі і став займати вже не 1 л, а 2. Скільки ж він тепер важить? Так ті ж самі 1,2 м Повітря адже нізвідки не прибув і нікуди не відбув. Просто він розширився, став більш рідкісним. Значить, загальна вага нагрітого повітря не змінився.

Що ж тоді змінилося?
Змінився вага 1 л. Якщо літр холодного повітря важив 1,2 г, то 2 л гарячого повітря важать ті ж самі 1,2 м Значить, 1 л тепер важить 1,2: 2 = 0,6 м Гаряче повітря став як би легше тому, що він став рідше.
Насправді, для того щоб повітря розширився удвічі, його потрібно нагріти дуже сильно, приблизно до 300 °. У наших дослідах він нагрівається набагато слабкіше. Але все одно: навіть і при невеликому нагріванні повітря на скільки-то розширюється. Значить, кожен літр, навіть кожен кубічний сантиметр його стає хоч трохи легше.

І він тепер спливе, підніметься в більш холодному, більш щільному навколишньому повітрі. Він зможе крутити вертушку. Він зможе підняти легеньку оболонку мильної бульбашки. А якщо його буде дуже багато, різниця у вазі виявиться достатньою, щоб підняти цілий повітряна куля-монгольф'єр!
Ну, а якщо повітря знову охолодити?

Забери долоні від пляшки, через деякий час вода в трубці опуститься і все прийде в попереднє положення. Значить, при охолодженні повітря займає менше місця, він стискається.

Подивимося, як розширюється газ. Для цього нам знадобиться дволітрова пляшка з-під газованої води, монета розміром з діаметр горлечка і стакан води.

Покладіть порожню незамкнені пляшку хвилин на п'ять у морозильник. Потім вийміть пляшку з морозильника і відразу ж закрийте її мокрою монетою. Монету перед цим змочіть, зануривши її в стакан з водою.

Через кілька секунд монета почне видавати звуки, що нагадують потьохкування, підскакуючи і б'ючись об шийку пляшки.

Чому?
Речовини від охолодження стискаються. Охолоджене повітря в пляшці стискається, займаючи менший об'єм. Завдяки цьому в пляшку входить додаткова кількість повітря. Коли ми виймаємо пляшку з морозилки, повітря нагрівається і починає розширюватися.

Розширюється повітря відриває монету від горлечка і піднімає її з одного боку. Коли надлишок повітря вийшов назовні, монета падає на колишнє місце. Цей процес триває, поки температура всередині пляшки не зрівняється з температурою повітря зовні.

Увага!
Монета може перестати звучати, якщо вона зрушиться з місця йде знизу повітрям і не буде Повністю накривати горлечко пляшки. В е тому випадку пересуньте її на місце.

Скільки аварій буває взимку, коли замезают водопровідні труби!
Англійський винахідник Рональд Рейбоун запропонував виготовляти їх з пластмасовими вкладишами, всередині яких знаходиться повітря. Розширюється при замерзанні вода замість того, щоб тиснути на стінки труби, здавлює повітря в м'якому пластмасовому вкладиші. Так підступний закон температурного розширення знаходить нову, нешкідливу точку прикладання, і труби залишаються цілими.

Те, що замерзає вода любить рвати труби, м ожно зручно використовувати ... для сушіння грибів і фруктів!
Швидко заморозьте їх у морозильній холодильнику, а потім висушіть.

Тривалість сушіння помітно скоротиться, а якість покращиться, тому що замерзає вода рве стінки рослинних клітин і робить тканину пористої. За цим капілярним ходам волога набагато швидше виділяється назовні і випаровується.

Беремо той же апарат, в якому ми нагрівали повітря: пляшка з пробкою і трубочкою.
Будемо нагрівати воду.

На цей раз наповни пляшку водою до самого верху, до країв горлечка. Трубку висунь вище і заткни пляшку пробкою. Витіснений пробкою надлишок води підніметься по трубці. Нехай він там встановиться на висоті 1-2 см над пробкою. Якщо буде більше, відлий. Добре було б і тут підфарбувати воду чорнилом.

Тепер воду в пляшці треба нагріти. Але тут вже тепла твоїх рук не вистачить. Доведеться встановити пляшку в каструлю з водою, підклавши дві палички, щоб під дном пляшки теж був водяний прошарок, і все це спорудження поставити на вогонь. Це називається «нагрівати на водяній бані». Прямо ставити пляшку на вогонь не можна: вона лопне.

Стеж уважно за рівнем води в трубці!
Диви: рівень трохи опустився ...

Що ж це, невже вода при нагріванні стискається?
Не поспішай з висновками!
Рівень води в трубці знову поповз вгору і піднімається все далі і далі, Він тепер вище, ніж був з самого початку.
Значить, вода при нагріванні все-таки розширюється. Ну, а чому ж спочатку рівень йшов вниз? Чи не здогадуєшся? Та тому, що першою нагрілася пляшка і теж розширилася. А потім вже тепло дійшло до води!

Як його нагріти?
Так набери у велику каструлю і принеси в кухню. У кухні тепло, і сніг почне танути. Налий трохи води на табуретку і постав каструлю в цю калюжку. Через деякий час спробуй каструлю підняти.

Примерзла?
Звичайно, ні. Адже в кухні тепло, і сніг навіть в самій каструлі тане.
Ну, а якщо помішувати сніг в каструлі паличкою? Хоч качалкою, хоч голоблею. Все одно не примерзне.

Але все-таки є спосіб приморозив каструлю!
Кинь в неї повну жменю солі. Тепер, якщо ти добре перешкодиш та при цьому не будеш зрушувати каструлю з місця, вона примерзне!
Сніг в каструлі буде танути як і раніше, але під її дном утворюється лід.

Чи не правда, таємничий досвід?
Таємницю цього досвіду легко з'ясується, якщо у тебе є вуличний термометр, який показує плюсові і мінусові температури.
Опусти його в каструлю так, щоб кулька стосувався снігу. До додавання солі термометр стоїть на нулі. Так і повинно бути, адже саме температуру талого снігу і льоду домовилися вважати нульовою. А ось після додавання солі термометр покаже вже мінусову температуру. Якщо, напр имер, до трьомстам грамам снігу додати сто грамів солі, суміш буде танути при 18 ° нижче нуля! Ясно, що при такій температурі чиста вода під каструлею замерзне.

Ти, може бути, бачив, як у великих містах в ожеледь тротуари посипають сіллю. На вулиці мороз, але лід на тротуарі починає танути!
А то ще золою посипають. У ній теж містяться різні солі. І лід перетворюється в мокру, брудну кашу.

Поклади на плоску тарілку монету і налий трохи води. Монета опиниться під водою. Тепер запропонуй товаришеві взяти монету голою рукою, не замочивши пальців і не виливаючи воду з тарілки. Навряд чи він зрозуміє, як це зробити. А фокус в тому, що воду треба відсмоктати.

Візьми тонкий стакан, обполосни його окропом і перекинь на тарілку поряд з монетою. Тепер дивись, що буде.

Повітря в склянці почне остигати. А ти, напевно, вже чув, що холодне повітря займає менше місця, ніж гарячий. Ми про це ще поговоримо свого часу докладніше. Так чи інакше, стакан, немов медична кровососної банку, почне всмоктувати воду, і незабаром вся вона збереться під ним. Тепер почекай, поки монета висохне, і бери її, не боячись замочити пальці.

Повітря при нагріванні розширюється. Ну, а до чого тут якийсь повзучий стакан? Зараз побачиш. Візьми шматок плоского скла довжиною близько 40 см. Чисто вимий це скло і під один його край Поклади дві сірникові коробки. Постав на скло склянку догори дном. Тільки обов'язково тонкий стакан. Товстий, гранований, стакан тут не годиться: він може лопнути, та й занадто важкий для нашого досвіду. Стакан, звичайно, буде стояти на місці: адже нахил скла дуже малий.
Гарненько змочи краю склянки водою. Ні, і водяна «мастило» не допомагає. Стакан все одно стоїть на місці. Нічого, зараз ми змусимо ледаря рушити в дорогу! А ну-ка, піднеси до нього запалену свічку або лучинку. Ближче, ближче, хай відчує жар.

Стакан все ще стоїть. Диви: рушив! Швидше, швидше повзе вниз, немов рятуючись від вогню.
Що ж тут сталося? Повітря в склянці нагрівся і трохи розширився. Він трохи підняв склянку і вийшов би назовні, і перешкоджає вода, якої змочені краю. Стакан немов «завис» на водяній прошарку. Тертя різко зменшилася, і він поповз, вірніше, поплив вниз!

Повернутися в "Зміст"