Отверстие в металлическом кольце расширяется или сужается при нагреве?

Отверстие расширяется. Все линейные размеры, включая диаметр полости, растут как ΔL = α L₀ ΔT. Металл не «прёт внутрь» дырки: то же получится, если мысленно вырезать диск и нагреть его отдельно.

Зачем в мостах и на железной дороге деформационные швы?

Это зазоры под удлинение при нагреве и укорочение при охлаждении. Без них рельс или пролёт упираются в опоры, возникают огромные сжимающие напряжения, возможны выпучивание и поломка.

Постоянен ли коэффициент α при любой температуре?

Нет, это приближение. В умеренном диапазоне α считают постоянным; при больших перепадах T или в точном расчёте берут α(T).

Почему разные материалы удлиняются по-разному при одном ΔT?

Величина α связана с жёсткостью и формой межатомного потенциала. У инвара и алмаза связи жёстче — α меньше; у материалов со слабыми связями среднее расстояние сильнее растёт с температурой.

Тепловое расширение

Линейное удлинение ΔL = α L₀ ΔT; сравнение эталонного стержня и длины после нагрева или охлаждения.

О модели

Тепловое расширение: длина стержня меняется с температурой по закону ΔL = α L₀ ΔT, где α — коэффициент линейного расширения, L₀ — длина при исходной температуре. На экране эталонный стержень сравнивается с нагретым или охлаждённым. Микроскопически рост среднего межатомного расстояния связан с ангармонизмом потенциала. Модель линейная: α постоянен, материал изотропен, напряжений при запрете расширения нет. Меняются L₀, ΔT и α.

Для кого: 7–10 класс: линейное расширение; введение в термические деформации.

Ключевые понятия

линейное тепловое расширение
коэффициент линейного расширения
изменение длины ΔL
изменение температуры ΔT
начальная длина
термическое сжатие
ангармонизм

Как это работает

Большинство твёрдых тел при нагревании немного расширяются: относительное изменение длины пропорционально изменению температуры, ΔL/L₀ = α ΔT, в линейном режиме. На экране эталонный стержень длины L₀ сравнивается со стержнем после ΔT; у разных материалов коэффициенты α различны. Отрицательное ΔT укорачивает стержень.

Часто задаваемые вопросы

Отверстие в металлическом кольце расширяется или сужается при нагреве?: Отверстие расширяется. Все линейные размеры, включая диаметр полости, растут как ΔL = α L₀ ΔT. Металл не «прёт внутрь» дырки: то же получится, если мысленно вырезать диск и нагреть его отдельно.
Зачем в мостах и на железной дороге деформационные швы?: Это зазоры под удлинение при нагреве и укорочение при охлаждении. Без них рельс или пролёт упираются в опоры, возникают огромные сжимающие напряжения, возможны выпучивание и поломка.
Постоянен ли коэффициент α при любой температуре?: Нет, это приближение. В умеренном диапазоне α считают постоянным; при больших перепадах T или в точном расчёте берут α(T).
Почему разные материалы удлиняются по-разному при одном ΔT?: Величина α связана с жёсткостью и формой межатомного потенциала. У инвара и алмаза связи жёстче — α меньше; у материалов со слабыми связями среднее расстояние сильнее растёт с температурой.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 46 в «Термодинамика».

Вся категория →

Школьные

Теплопередача

Запустить симулятор

Теплопроводность на сетке, горизонтальный снос и охлаждение излучением или по Ньютону при заданных границах температуры.

НовоеШкольные

Сосредоточенная теплоёмкость

Запустить симулятор

Охлаждение тела с малым числом Био: закон Ньютона, характерный размер, время τ = ρVc/(hA), кривая T(t) и проверка Bi < 0,1.

НовоеШкольные

Теплоотдача ребра

Запустить симулятор

Прямое прямоугольное ребро с конвекцией: профиль температуры, параметр mL, КПД ребра η_f, коэффициент эффективности ребра ε_f и тепловой поток от геометрии.

НовоеШкольные