Номер 1, страница 10 - гдз по физике 7 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Первоначальные сведения о строении вещества. Самостоятельные работы. СР-7. Строение вещества. Вариант 1 - номер 1, страница 10.

Условие.

1. Как изменяется длина рельса при его охлаждении? Почему?

Решение.

1. При охлаждении длина рельса уменьшается. Это явление называется тепловым сжатием. Оно объясняется на микроскопическом уровне строения вещества. Рельс, как и любое твердое тело, состоит из атомов, которые образуют кристаллическую решетку. Эти атомы не находятся в состоянии покоя, а постоянно совершают колебательные движения около своих положений равновесия. Температура тела напрямую связана со средней кинетической энергией этих колебаний.
Когда рельс охлаждается, его температура падает. Это означает, что средняя кинетическая энергия атомов уменьшается, и они начинают колебаться с меньшей амплитудой. Уменьшение амплитуды колебаний приводит к тому, что среднее расстояние между соседними атомами сокращается. Это микроскопическое сжатие, происходящее по всему объему материала, проявляется на макроскопическом уровне как уменьшение линейных размеров тела, в данном случае — длины рельса.
Изменение длины $ \Delta L $ можно рассчитать по формуле линейного теплового расширения/сжатия: $ \Delta L = \alpha \cdot L_0 \cdot \Delta T $, где $ L_0 $ — начальная длина рельса, $ \alpha $ — коэффициент линейного теплового расширения материала (для стали он положителен), а $ \Delta T $ — изменение температуры. При охлаждении $ \Delta T $ отрицательно ($ T_{конечная} < T_{начальная} $), поэтому и изменение длины $ \Delta L $ будет отрицательным, что указывает на укорачивание рельса.
Ответ: Длина рельса при охлаждении уменьшается, так как из-за понижения температуры уменьшается интенсивность колебаний атомов в кристаллической решетке металла, что приводит к сокращению среднего расстояния между ними.