IV.2.1. Dilatarea solidelor.
Dilatarea este fenomenul termic în care un corp își mărește volumul (adică dimensiunile) prin încălzire.
Contractarea este fenomenul termic în care un corp își micșorează volumul (adică dimensiunile) prin răcire.
Solidele, în funcție de forma lor, se dilată diferit, astfel:
a) Solidele sub formă de bară (tije) prin încălzire își măresc lungimea, adică suferă o dilatare liniară.
b) Solidele sub formă de plăci (la care predomină două dimensiuni, având o grosime mică) prin încălzire își măresc aria, adică suferă o dilatare superficială (de suprafață).
c) Solidele sub formă de sferă (bilă) prin încălzire își măresc volumul, adică suferă o dilatare volumică.
La aceeași variație de temperatură unele corpuri se dilată mai mult, altele mai puțin. Fiecare material (substanță) este caracterizat printr-o mărime fizică numită coeficient de dilatare termică liniară, notată cu α.
Variația relativă a lungimii unei bare,
este direct proporțională cu variația temperaturii, Δt.
Constanta de proporționalitate dintre cele două variații este chiar coeficientul de dilatare termică liniară .
l = l0 ( 1 + α ∙ Δt )
l = lungimea barei dilatată (contractată)
l0 = lungimea barei înainte de încălzire
α = coeficientul de dilatare termică liniară a materialului din care este confecționată bara
Δt = variația temperaturii barei
În cazul dilatării volumice, se poate defini un coeficientul de dilatare termică volumică, γ ≈ 3α.
👀 Experiment: Dilatarea barelor metalice cu pirometrul cu cadran
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai de către profesori!
Materiale necesare:
3 pirometre cu cadran, 3 bare metalice diferite (fier, cupru și aluminiu), chibrit, spirt.
Descrierea experimentului:
- Pune spirt în tăvițele pirometrelor.
- Fixează bine bara cu șurubul pirometrului.
- Aprinde cu chibritul spirtul din tăviță.
- Observă pentru fiecare bară la ce diviziune a cadranului a urcat acul indicator.
Cel mai puțin a urcat acul la bara de fier și cel mai mult la bara de cupru, respectiv aluminiu.
Concluzia experimentului:
Barele metalice prin încălzire își măresc lungimea, unele mai puțin (fierul), altele mai mult (aluminiul, cuprul).
👀 Experiment: Dilatarea unei bile metalice
🔥 Atenție! Acest experiment se efectuează numai de către profesori!
Materiale necesare:
O bilă metalică și un inel cu același diametru, clește metalic, spirtieră, chibrit, spirt
Descrierea experimentului:
- Verifică trecerea bilei prin inelul cu același diametru.
- Încălzește la flacăra spirtierei numai bila prin intermediul unui clește metalic, timp de 3-4 minute.
- Încearcă trecerea bilei încălzite prin inel.
- Ce observi?
Bila nu mai trece prin inel.
Concluzia experimentului:
Bila prin încălzire și-a mărit volumul, adică s-a dilatat volumic.