Номер 3.24, страница 11 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 1. Начальные сведения о физических понятиях. Параграф 3. Молекулы и атомы. Движение молекул - номер 3.24, страница 11.

Условие.

3.24 [53] Чем объясняется увеличение длины проволоки при её нагревании?

Решение 3.

Решение 4.

Решение 5.

Решение 6.

Решение 7.

Увеличение длины проволоки при её нагревании объясняется явлением теплового расширения, которое можно рассмотреть на микроскопическом уровне, основываясь на молекулярно-кинетической теории.

1. Проволока, как и любое твёрдое тело, состоит из атомов, которые находятся в узлах кристаллической решётки. Эти атомы не находятся в состоянии покоя, а совершают непрерывные колебательные движения около своих положений равновесия.

2. Температура тела является мерой средней кинетической энергии его частиц. При нагревании проволоки ей сообщается тепловая энергия, что приводит к увеличению её внутренней энергии. Это, в свою очередь, увеличивает среднюю кинетическую энергию колебательного движения атомов.

3. С ростом кинетической энергии увеличивается амплитуда (размах) колебаний атомов. Важно отметить, что силы взаимодействия между атомами несимметричны: силы отталкивания при сближении атомов на расстояние меньше равновесного растут гораздо быстрее, чем силы притяжения при их удалении. Из-за этой асимметрии среднее расстояние между соседними атомами при увеличении амплитуды их колебаний становится больше.

4. Поскольку среднее расстояние между всеми атомами в кристаллической решётке увеличивается, это приводит к увеличению размеров тела во всех направлениях. В случае длинной и тонкой проволоки наиболее заметным является увеличение её длины.

Это явление описывается законом линейного теплового расширения. Изменение длины $\Delta L$ прямо пропорционально начальной длине $L_0$, изменению температуры $\Delta T$ и коэффициенту линейного теплового расширения $\alpha$, который зависит от материала проволоки:

$\Delta L = \alpha \cdot L_0 \cdot \Delta T$

Ответ: Увеличение длины проволоки при нагревании объясняется увеличением средней кинетической энергии её атомов. Это приводит к увеличению амплитуды их колебаний в узлах кристаллической решётки. Из-за несимметричности сил межатомного взаимодействия среднее расстояние между атомами возрастает, что на макроскопическом уровне проявляется как удлинение проволоки (тепловое расширение).