Номер 6, страница 141 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 34. Тепловое расширение твёрдых тел и жидкостей. Вопросы для самопроверки - номер 6, страница 141.

Условие.

6. Как учитывают тепловое расширение жидкостей?

Решение.

Тепловое расширение жидкостей — это физическое явление, заключающееся в увеличении объёма жидкости при её нагревании. Это свойство необходимо учитывать в самых разных сферах науки и техники, как для использования в полезных целях, так и для предотвращения негативных последствий.

В измерительных приборах

Самый наглядный пример учёта и использования теплового расширения — это жидкостные термометры. Принцип их работы основан на том, что объём жидкости (например, спирта или ртути) изменяется почти линейно с изменением температуры. Жидкость помещается в узкий капилляр, поэтому даже небольшое изменение её объёма приводит к заметному изменению высоты столбика жидкости. Нанесённая рядом шкала позволяет считывать показания температуры.

Ответ: В термометрах тепловое расширение используется для измерения температуры: изменение объёма жидкости преобразуется в видимое движение её уровня по калиброванной шкале.

В инженерных системах

В замкнутых гидравлических системах, таких как системы отопления зданий или системы охлаждения двигателей автомобилей, теплоноситель (вода, антифриз) при нагревании расширяется. Если не предусмотреть компенсацию этого расширения, возникающее избыточное давление может повредить или разрушить трубы и радиаторы. Для предотвращения этого в системы устанавливают расширительные баки (экспанзоматы), которые принимают излишек объёма нагретой жидкости.

Ответ: В замкнутых системах отопления и охлаждения устанавливают расширительные баки для компенсации увеличения объёма жидкости при нагреве и предотвращения разрушительного роста давления.

При хранении и транспортировке

Резервуары и цистерны, предназначенные для хранения или перевозки жидкостей (например, бензина, нефти), никогда не заполняют полностью. Всегда оставляют свободное пространство (газовую подушку), чтобы компенсировать возможное расширение жидкости из-за нагрева от солнечных лучей или изменения температуры окружающей среды. Это является обязательной мерой безопасности для предотвращения утечек и разрыва ёмкостей.

Ответ: При заполнении ёмкостей для хранения и транспортировки жидкостей оставляют свободное место, чтобы избежать утечек или повреждения ёмкости из-за теплового расширения содержимого.

В климатологии и океанографии

Тепловое расширение воды — один из главных факторов, влияющих на повышение уровня Мирового океана. В результате глобального потепления океаны поглощают избыточное тепло, их температура растёт, и вода, расширяясь, увеличивает свой объём. Этот процесс, наряду с таянием ледников, вносит основной вклад в наблюдаемый подъём уровня моря.

Ответ: Учёт теплового расширения воды в океане является ключевым для прогнозирования и объяснения повышения уровня Мирового океана в условиях изменения климата.

В расчётах и проектировании

Для точных инженерных расчётов тепловое расширение учитывают с помощью математических формул. Изменение объёма $ΔV$ рассчитывается по формуле:

$ΔV = β \cdot V_0 \cdot ΔT$

где $V_0$ — начальный объём жидкости, $ΔT$ — изменение температуры, а $β$ — коэффициент объёмного теплового расширения, который зависит от вида жидкости. Конечный объём $\text{V}$ жидкости находят как:

$V = V_0 \cdot (1 + β \cdot ΔT)$

Эти формулы позволяют инженерам точно проектировать системы, в которых жидкости подвергаются нагреву или охлаждению.

Ответ: Количественно тепловое расширение учитывается с помощью формулы $ΔV = β \cdot V_0 \cdot ΔT$, которая используется в инженерном проектировании для расчёта изменения объёма жидкостей при температурных колебаниях.