Sự nở vì nhiệt

I. Sự nở vì nhiệt

1. Sự nở vì nhiệt của chất rắn

Thí nghiệm 1: Sự nở vì nhiệt của một chất rắn 

a)	b)
Hình 1: Sự nở vì nhiệt của một quả cầu kim loại: a) đưa quả cầu trước khi hơ nóng lọt qua vòng kim loại; b) hơ nóng quả cầu trên ngọn lửa đèn cồn

 Thí nghiệm 2: Sự nở vì nhiệt của các chất rắn khác nhau

Hình 2: Sự nở vì nhiệt của băng kép

2. Sự nở vì nhiệt của chất lỏng và chất khí

Thí nghiệm 3: Sự nở vì nhiệt của chất lỏng

Hình 3: Sự nở vì nhiệt của chất lỏng

Thí nghiệm 4: Sự nở vì nhiệt của chất khí

Hình 4: Sự nở vì nhiệt của chất khí

• Hầu hết các chất rắn, lỏng, khí đều nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi.
• Các chất rắn, lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau. Nếu áp suất được giữ không đổi thì không khí và các chất khí khác nở vì nhiệt giống nhau.

Mở rộng:

• Sự nở vì nhiệt của nước rất đặc biệt. Chỉ từ 4^oC trở lên nước mới nở ra khi nhiệt độ tăng. Khi nhiệt độ tăng từ 0^oC đến 4^oC thì nước co lại. Vì vậy, ở 4^oC nước có khối lượng riêng lớn nhất.
• Ở xứ lạnh, về mùa đông, trong các hồ nước, lớp nước 4^oC nặng nhất chìm xuống đáy hồ, nhờ vậy cá vẫn có thể sinh sống dưới đáy hồ, mặc dù trên mặt hồ nước đã đóng thành lớp băng dày.

Hình 5: Nước vẫn tồn tại ở thể lỏng bên dưới các mặt hồ đóng băng

II. Công dụng và tác hại của sự nở vì nhiệt

1. Công dụng của sự nở vì nhiệt

Sự nở vì nhiệt có nhiều công dụng trong thực tế.

Ví dụ:

• Sự nở vì nhiệt của chất rắn, chất lỏng, chất khí được ứng dụng để chế tạo các loại nhiệt kế khác nhau.
• Sự nở vì nhiệt của không khí là cơ sở để chế tạo khí cầu.
• Sự nở vì nhiệt của chất rắn được ứng dụng để lắp chặt hoặc tháo dỡ các dụng cụ hoặc các chi tiết máy.
• Sự nở vì nhiệt của băng kép được sử dụng ở các thiết bị tự động đóng ngắt mạch điện khi nhiệt độ thay đổi, gọi là rơ le nhiệt.

a)	b)	c)
Hình 6: Một số ứng dụng của sự nở vì nhiệt: a) nhiệt kế thuỷ ngân; b) khí cầu; c) hơ nóng để dễ dàng tra cán dụng cụ

Hình 7: Sơ đồ cấu tạo của rơ le nhiệt bên trong bàn là điện

2. Phòng tránh tác hại của sự nở vì nhiệt

Sự nở vì nhiệt có thể gây hại, làm nứt, vỡ hoặc làm biến dạng các vật.

Thí nghiệm sự nở vì nhiệt khi bị ngăn cản:

• Một thanh thép dài khoảng 20 cm, một đầu được chốt chặn trên giá đỡ bằng ốc vặn, đầu kia cài chốt ngang dễ gãy. Giá đỡ chắc chắn và chịu nhiệt tốt. Khi dùng bông tẩm cồn đốt nóng thanh thép trong vài phút thì chốt ngang bị gãy.

Hình 8: Bố trí thí nghiệm tìm hiểu sự nở vì nhiệt khi bị ngăn cản

• Thí nghiệm trên cho thấy sự nở vì nhiệt có thể gây ra những lực rất lớn khi bị ngăn cản.

Trong lĩnh vực xây dựng và chế tạo máy, người ta phải tính toán trước sự nở vì nhiệt của vật liệu để tránh tác hại của lực xuất hiện do sự nở vì nhiệt khi nhiệt độ môi trường thay đổi.