Номер 81, страница 16 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

7 класс. Первоначальные сведения о строении вещества. 4. Строение вещества. Молекулы. Броуновское движение. Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах. Температура. Взаимное притяжение и отталкивание молекул - номер 81, страница 16.

Решение.

Это явление объясняется различным тепловым расширением материалов, из которых изготовлены полоски. При нагревании линейные размеры твердых тел увеличиваются. Величина этого увеличения для разных веществ различна и характеризуется коэффициентом линейного теплового расширения ($\alpha$).

У меди и железа эти коэффициенты отличаются:

• Коэффициент линейного теплового расширения железа $\alpha_{железа} \approx 1.2 \cdot 10^{-5} \, К^{-1}$.
• Коэффициент линейного теплового расширения меди $\alpha_{меди} \approx 1.7 \cdot 10^{-5} \, К^{-1}$.

Поскольку $\alpha_{меди} > \alpha_{железа}$, при одинаковом нагреве медная полоска будет стремиться удлиниться больше, чем железная. Изменение длины при нагревании описывается формулой $\Delta L = \alpha \cdot L_0 \cdot \Delta T$, где $L_0$ — начальная длина, а $\Delta T$ — изменение температуры.

Так как полоски жестко соединены (склёпаны), они не могут расширяться независимо друг от друга. В результате в пластине возникают внутренние напряжения. Чтобы компенсировать разницу в удлинении, составная пластина изгибается. При этом полоска с большим коэффициентом теплового расширения (медь) оказывается на внешней стороне изгиба (поскольку длина дуги окружности больше с внешней стороны), а полоска с меньшим коэффициентом (железо) — на внутренней стороне.

Такие пластины называют биметаллическими, и они широко используются в различных терморегуляторах и автоматических выключателях.

Ответ: Пластинка изгибается потому, что медь и железо имеют разные коэффициенты линейного теплового расширения. У меди этот коэффициент больше, поэтому при нагревании она расширяется сильнее железной полоски. Из-за жесткого соединения это приводит к изгибу всей пластины в сторону металла с меньшим коэффициентом расширения, то есть в сторону железа.