Каэфіцыент лінейнага пашырэння - можна ўсё разлічыць

Кожнаму, напэўна, знакам перастук вагонных колаў. Або стук колаў трамвая. Усе ведаюць, што прычынай гэтага з'яўляецца зазор на стыку паміж рэйкамі. А для чаго ён зроблены? Адказ просты - кампенсаваць пашырэнне рэек пры нагрэве. Гэта таксама агульнавядомы факт, што пры нагрэве цела пашыраюцца, а пры астуджэнні сціскаюцца. А мерай такога пашырэння або сціску з'яўляецца каэфіцыент лінейнага пашырэння.

Малекулярная тэорыя пашырэнне цела пры нагрэве тлумачыцца павелічэннем хуткасці руху атамаў і малекул рэчывы. У выніку чаго ў крышталічнай рашотцы амплітуда ваганняў атамаў павялічваецца і, як следства - павялічваюцца лінейныя памеры цела. А на колькі адбудзецца павелічэнне, можна вызначыць з дапамогай формулы, у якой прымяняецца каэфіцыент лінейнага пашырэння.

Цяпер трэба патлумачыць фізічны сэнс каэфіцыента. Ён паказвае, на колькі павялічыцца пры награванні на 1 ° С даўжыня цела. Велічыня гэтая нязначная і для кожнага матэрыялу свая. Так, каэфіцыент лінейнага пашырэння сталі складае 0,000011 на 1 ° С. Што сабой уяўляе рэальна падобная велічыня, можна зразумець на простым прыкладзе. Калі па экватары абгарнуць Зямлю жалезнай дротам, даўжыня якой складзе 40000 км, то пры павелічэнні тэмпературы на 1 ° С даўжыня дроту павялічыцца на 400 метраў.

Каэфіцыент лінейнага пашырэння надзвычай важны для любога інжынера. Ён дазваляе ўлічыць змяненне памераў цела пры перападзе тэмператур. Так, калі на працягу года тэмпература ў горадзе будзе мяняцца ад плюс пяцьдзесят градусаў Цэльсія да мінус пяцьдзесят градусаў Цэльсія, гэта выкліча значныя змены даўжыні тых жа рэек. Калі яны будуць суцэльныя, вынікам будзе іх выгін. Вось для пазбягання падобнага з'явы і робяць зазор паміж рэйкамі пры іх кладцы.

Для розных матэрыялаў значэнне каэфіцыента будзе розным. Для сталі яго значэнне ужо прыводзілася, а каэфіцыент лінейнага пашырэння алюмінія складзе 0,0000024 на 1 ° С.

Аднак прыведзеныя развагі і прыклады пакутуюць некаторай аднабока. Калі мы гаворым пра павелічэнне памераў цела пры нагрэве, павялічваецца не толькі даўжыня, але і астатнія памеры - шырыня і вышыня. Павелічэнне памераў прывядзе да павелічэння аб'ёму, і тады можна казаць пра аб'ёмным пашырэнні тэл. Праўда такое паняцце хутчэй дастасоўна не да цвёрдых целаў, а да вадкасцям.

Просты эксперымент, які пацвердзіць гэта, можа зрабіць кожны самастойна. Пастаўце на агонь чайнік, напоўнены вадой да самага верху. Калі вада нагрэецца, яна павялічыцца ў аб'ёме і "ўцячэ" з чайніка. Але ёсць і станоўчае выкарыстанне такога. Усім добра знаёмыя вадкасныя тэрмометры - што вулічныя, што медыцынскія. Яны таксама пабудаваныя на эфекце павелічэння аб'ёму пры награванні.

У тэхніцы парой ігнараванне падобнага павелічэння прыводзіць да сумных наступстваў. Для кампенсацыі павелічэння неабходна выкарыстоўваць спецыяльныя меры. Многім даводзілася бачыць доўгі шэраг труб (трубаправод), пракладзеных па паверхні. І раптам на роўным месцы трубы ўтвараюць велізарны зігзаг. Гэта не просты зігзаг, яго велічыня строга пэўная, пры разліку быў выкарыстаны каэфіцыент лінейнага пашырэння. Зроблены падобны зігзаг для кампенсацыі лінейнага павелічэння памераў труб.

Можна яшчэ прывесці мноства прыкладаў выкарыстання ў тэхніцы лінейнага і аб'ёмнага пашырэньні, але і прыведзеных прыкладаў дастаткова для разумення сутнасці з'явы. Вядома, вельмі цікава анамальнае паводзіны некаторых рэчываў, той жа самай вады. У яе пры замярзанні аб'ём не змяншаецца, а павялічваецца. Гэта будзе яшчэ адным фактарам, які пацвярджае унікальныя ўласцівасці вады.

Такім чынам, у дадзеным артыкуле на падставе найпростых і навочных прыкладаў з жыцця вызначана такое паняцце як лінейнае пашырэнне целаў і каэфіцыент лінейнага пашырэння. Прыведзены прыклады выкарыстання пашырэння ў тэхніцы і ў побыце, дадзены паняцці аб парадку велічынь згаданага каэфіцыента.