Rozszerzalność cieplna różnych substancji

Wzrost temperatury cieczy powoduje zwiększenie jej objętości. Gdy temperatura spada, objętość cieczy się zmniejsza - to zjawisko nazywamy objętościową rozszerzalnością cieplną. Różne ciecze rozszerzają się w różnym stopniu!

Przykładowo, gdy podgrzewamy wodę o 5°C (z 20°C do 25°C), zwiększa ona swoją objętość o około 0,1%. W tych samych warunkach alkohol etylowy rozszerza się aż 5 razy bardziej! Dla gazów obserwujemy podobne zjawisko - objętościowa rozszerzalność cieplna gazu polega na zmianie jego objętości przy stałym ciśnieniu.

W przypadku ciał stałych, zmianę długości wywołaną zmianą temperatury możemy obliczyć ze wzoru: $l = l_0(1 + \alpha \Delta T)$, gdzie $l_0$ to długość początkowa, a $\alpha$ to współczynnik rozszerzalności liniowej (dla stali wynosi $13 \cdot 10^{-6} \frac{1}{°C}$).

Warto wiedzieć! Rozszerzalność cieplna jest powodem, dla którego między torami kolejowymi zostawia się szczeliny. Bez nich, tory mogłyby się wypaczyć podczas upalnych dni!

Na przykład, aby obliczyć minimalny odstęp między 10-metrowymi szynami kolejowymi dla zakresu temperatur od -20°C do 30°C:

1. Korzystamy ze wzoru: $\Delta l = l_0 \cdot \alpha \cdot \Delta t$
2. Podstawiamy dane: $\Delta l = 10 \cdot 13 \cdot 10^{-6} \cdot 50$
3. Otrzymujemy wynik: $\Delta l = 6,5 mm$

Tak więc szczelina powinna mieć co najmniej 6,5 mm, aby tory mogły się swobodnie rozszerzać latem.