مثال:  گرماي لازم براي تبديل 2kg يخ 5- به بخار 120 را حساب كنيد.

يخ و يخ و   آب و آب و بخار آب

جواب:  براي اينكه يخ 5- تبديل به بخار120 شود، پنج مرحله  را مي گذراند:

در مرحله اول يخ 5- گرماي را مي گيرد تا دماي آن به 0 برسد. در مرحله دوم يخ 0 گرماي را مي گيرد تا در دماي ثابت( نقطه ذوب يخ) تبديل به آب0 شود. در مرحله سوم آب 0 گرماي را مي گيرد تا دماي آن به100 برسد. در مرحله چهارم آب 100 گرماي را مي گيرد تا در دماي ثابت ( نقطه جوش آب) تبديل به بخار 100 شود در مرحله پنجم بخار 100 دماي را مي گيرد تا دماي آن به 120 برسد. 

Eتذكر: مثالهاي (6-9) و(6-10) كتاب درسي را مطالعه كنيد.

س: اثر ظاهري گرما بر مواد چگونه است؟

ج: گرما باعث انبساط اغلب جامدات و مايعات و گازها مي شود. علت انبساط افزايش انرژي جنبشي مولكولها و بيشتر شدن فاصله آنها از يكديگر است.

فعاليت 6-9: توضيح دهيد كه چگونه مي توان با استفاده از ابزارهايي كه در شكل هاي زير نشان داده شده است پديده انبساط در اثر افزايش دما را نشان داد.

 

جواب: در شكل (الف) ابتدا گلوله از حلقه رد مي شود اما اگر آنرا گرم كنيم، مي بينيم ديگر از حلقه  عبور نمي كند. در شكل (ب)  ميله به اندازه قسمتداخلي جسم U شكل است. اما اگر آنرا گرم كنيم ، ديگر نمي تواند وارد جسم شود.

س: انبساط جامدات چگونه است؟

ج: انبساط جامدات با توجه به شكل آنها مي تواند در سه حالت باشد:

الف) انبساط طولي( خطي ) جامدات:  در صورتيكه جسم نازك و طويل باشد( مثل يك سيم يا ميله) ، انبساط آن در اثر گرما طولي يا به اصطلاح خطي خواهد بود. ميزان انبساط خطي متناسب با طول جسم و تغيير دماي آن است. در نتيجه:

     يا 

تغيير طول جسم و L1 طول اوليه آن بر حسب متر، تغيير دماي جسم بر حسب كلوين يا سلسيوس و ضريب طولي جسم جامد است.

س: عوامل مؤثر در انبساط طولي كدامند؟

ج: با توجه به رابطه ، انبساط خطي به سه عامل بستگي دارد:

1- طول اوليه جسمL1

2- تغيير دماي جسم( )

3- ضريب انبساط خطي جسم( ).

س: تعريف ضريب انبساط طولي(

ج:  افزايش يكاي طول جسم به ازاء افزايش يك درجه دماي آن را ، ضريب انبساط طولي آن جسم مي نامند و با نشان مي دهند. اين ضريب  به جنس جسم بستگي دارد و از ويژگي هاي آن است. يكاي ضريب انبساط طولي در SI ، بر كلوين( ) يا بر درجه سلسيوس( ) است.

فعاليت 6-10: شكل مقابل دماسنجي را نشان مي دهد كه در آن يك نوار دو فلزي حلزوني شكل استفاده شده است. اساس كار اين دماسنج را در گروه خود به بحث بگذاريد و نتيجه را به كلاس گزارش كنيد.

جواب:  فنر دماسنج در اين وسيله از دو نوع نوار فلزي با جنسهاي متفاوت است كه بهم وصل شده اند. هنگامي كه دماسنج در تماس با جسم گرمتري قرار مي گيرد، نوار بيروني بيشتر از نوار دروني انبساط مي يابد. در نتيجه فنر به دور خود مي پيچد و باز مي شود. در اين حالت درجه شاخص دما كه به انتهاي اين نوار  وصل است، همراه با آن مي پيچد و متناسب با دماي جسم ثانوي در روي درجه خاصي قرار مي گيرد. اگر جسم ثانوي سرد باشد عكس اين عمل روي مي دهد.

مثال:  انبساط خطي يك ميله آهني به طول 10m را وقتي كه دماي آن به اندازه 20 افزايش مي يابد، حساب كنيد. ضريب انبساط خطي آهن  است.

جواب:

ب) انبساط سطحي جامدات: انبساط اجسام ورقه اي شكل بصورت سطحي است و مشابه انبساط خطي نتيجه مي شود:

  يا

تغيير سطح بر حسب متر مربع، A1 مساحت اوليه، يا تغيير دما و ضريب انبساط سطحي جسم است.

س: تعريف ضريب انبساط سطحي() ؟

ج: ضريب انبساط سطحي عبارت است از افزايش مساحت يكاي سطح يك جسم جامد به ازاء يك درجه افزايش دما، يكاي ضريب انبساط سطحي نيزبر درجه كلوين( ) يا بر درجه سلسيوس( ) است. چون سطح در دو بعد انبساط پيدا مي كند، ضريب انبساط سطحي يك جسم تقريباً دو برابر ضريب انبساط طولي آن جسم است. يعني:

مثال: انبساط سطحي يك قاب شيشه اي به ابعاد سانتي متر وقتي كه دماي آن 30 افزايش مي يابد، چقدر است؟ضريب انبساط طولي شيشه است.

جواب:

پ) انبساط حجمي جامدات: انبساط اغلب اجسام به صورت حجمي است و مشابه دو حالت قبلي از رابطه زير محاسبه مي شود:

  يا  

تغيير حجم جسم و V1 حجم اوليه آن بر حسب متر مكعب  يا تغيير دما و ضريب انبساط حجمي جسم است.

س: تعريف انبساط حجمي (   )؟

ج: ضريب انبساط حجمي يك جسم  جامد، عبارت است از افزايش حجم يكاي حجم آن به ازاء افزايش يك درجه دما. يكاي ضريب انبساط حجمي نيز يا است، چون حجم در سه بعد انبساط پيدا مي كند، ضريب انبساط حجمي يك جسم  تقريباً سه برابر ضريب انبساط خطي آن است، يعني:

مثال:  ضريب انبساط خطي برنج است. حجم يك مجسمه برنجي در دماي 10 برابر 1500cm3  است. حجم اين مجسمه را در دماي 40 حساب كنيد.

جواب:

س: انبساط مايعات چگونه است؟

ج: مايعات نيز بر اثر گرما منبسط مي شوند و ميزان انبساط آنها از رابطه حجمي يعني بدست مي آيد كه در آن  ضريب انبساط مايع است.