Sự nở vì nhiệt của chất rắn – Nhiệt độ thay đổi có thể làm thể tích của một vật thay đổi hay không? Đây sẽ là câu hỏi khó nếu như các em chưa từng được biết đến sự nở vì nhiệt của chất rắn. Trên thực tế, khi nhiệt độ thay đổi, chất rắn và chất lỏng cũng có sự thay đổi nhất định. Đây chính là những kiến thức hay ho thú vị mà bộ môn vật lý lớp 6 đem đến cho các em. Còn rất nhiều ứng dụng thực tế của sự nở vì nhiệt của chất rắn xuất hiện quanh chúng ta. Bài viết ngày hôm nay, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu về chủ đề này nhé!
Lý thuyết sự nở vì nhiệt của chất rắn
Các nhà vật lý đã nghiên cứu và chúng minh được những định lý liên quan đến sự nở vì nhiệt của chất rắn. Khi nhiệt độ tăng lên, các chất rắn đều nở ra. Và khi nhiệt độ giảm xuống, các chất rắn co lại. Nói ngắn gọn, chất rắn nở ra khi nhiệt độ tăng cao và co lại khi gặp lạnh. Đây chính là lý thuyết về sự nở vì nhiệt của chất rắn. Trong thực tế, có rất nhiều trường hợp chúng ta đã được gặp, chính là ứng dụng của điều này. Tuy nhiên, có thể chúng ta không nhận ra, hoặc chưa biết đến.
Các chất rắn khác nhau có sự nở vì nhiệt khác nhau
Vật rắn có thể được cấu tạo từ các chất liệu khác nhau. Các chất rắn mang theo chất liệu khác nhau có sự nở vì nhiệt khác nhau. Ví dụ như một vật được làm bằng đồng sẽ có sự nở vì nhiệt khác vật làm bằng nhôm. Điều này đã được các nhà vật lý học chứng minh. Và đã có riêng những con số để nói lên sự nở vì nhiệt của các chất. Sự nở vì nhiệt của chất rắn thật sự rất quan trọng. Nó ảnh hưởng nhiều trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta.
Thí nghiệm sự nở vì nhiệt của chất rắn
Đối với chất rắn, người ta phân biệt sự nở dài và sự nở khối. Nếu chúng ta chỉ xét vật theo một phương nhất định. Chúng ta thấy có sự thay đổi về chiều dài của vật thì đây chính là sự nở dài. Tuy nhiên, vật còn có cả sự nở khối nhưng chúng ta không khảo sát điều này. Trong các bảng số liệu vật lý, người ta cũng thường ghi hệ số nở dài của chất. Thay vì ghi hệ số nở khối của chất. Sự nở vì nhiệt của chất rắn có thể được xét trên nhiều phương diện khác nhau.
Sự nở dài của chất rắn
Để hiểu hơn về sự nở dài của chất rắn, chúng ta hoàn toàn có thể thực hiện một thí nghiệm đơn giản sau đây. Chuẩn bị một thanh kim loại đồng chất, một đầu được gắn chặt cố định. Một bên khác chuẩn bị một lẫy để có thể mở rộng góc đo khi thanh giãn nở vì nhiệt. Thực hiện thí nghiệm bằng cách lắp đặt giá thí nghiệm, bố trí thí nghiệm. Sau đó nung nóng thanh kim loại. Quan sát sự mở rộng góc đo sau khoảng thời gian bị nung nóng. Điều này cho thấy sự nở dài vì nhiệt của chất rắn. Vật rắn đã bị biến dạng khi nhiệt độ thay đổi.
Ứng dụng của sự nở vì nhiệt của các chất là khác nhau
Sự nở vì nhiệt của chất rắn theo chiều dài được gọi là sự nở dài. Ở đây, chúng ta xem xét về chiều dài của vật trước và sau khi nung nóng. Chiều dài lúc sau khi nung nóng sẽ tăng thêm một đoạn. Đây chính là sự nở dài của thanh cứng đó khi nhiệt độ tăng lên. Chúng ta có thể quy ước sự nở dài của chất rắn theo biểu thức có trong sách giáo khoa của các em. Trong đó denta l chính là độ dài tăng lên của thanh rắn.
Sự biến đổi hình dạng của chất rắn
Ngoài ra, sau khi nhiệt độ của thanh cứng trở về như ban đầu, kích thước này cũng có thể co lại. Nhiệt độ giảm đi cũng làm cho kích thước, chiều dài của vật cứng giảm bớt. Đây chính là nguyên lý của sự nở vì nhiệt của chất rắn. Ngoài ra, vật rắn còn có thể xét trên sự nở khối vì nhiệt.
Sự nở khối của chất rắn
Đối với những vật có hình dáng thuôn dài thì chúng ta có thể dễ dàng đo được sự nở dài. Thế nhưng, với những vật rắn hình cầu thì sao. Làm thế nào để chúng ta có thể đo được sự nở vì nhiệt của chất rắn này. Đây chính là lý do chúng ta xét đến sự nở khối của chất rắn. Những vật có hình dáng như hình cầu, hình hộp thì chúng ta sẽ xét đến sự nở khối. Khi nhiệt độ của vật rắn đó tăng lên, thì thể tích của vật rắn đó cũng tăng lên. Chúng ta có thể làm thí nghiệm với viên bi cứng bằng đồng.
Chuẩn bị thí nghiệm sự nở vì nhiệt
Chuẩn bị một viên bi bằng đồng, một vòng kim loại để viên bi chui qua dễ dàng. Nung nóng viên bi đồng, thử lại xem viên bi có thể lọt qua vòng kim loại hay không. Nếu viên bi không lọt qua, thì đây chính là sự nở khối vì nhiệt của viên bi. Chú ý nên chọn vòng kim loại có kích thước sát với kích thước của viên bi để làm thí nghiệm này chuẩn hơn. Sự nở vì nhiệt không chỉ là sự nở dài mà còn là sự nở khối. Khi nhiệt độ xung quanh tăng lên, dễ đến nhiệt độ của vật rắn cũng tăng lên. Từ đó dẫn đến sự thay đổi trong kích thước và thể tích của vật.
>>> Tìm hiểu thêm
Tìm hiểu về ròng rọc cố định? Giải đáp kiến thức vật lý 6
Chuyển động cơ học là gì? Các dạng bài tập cần lưu ý
Phương pháp giải bài tập
Chắc hẳn các em sau khi học xong chủ đề này sẽ có rất nhiều những bài tập liên quan. Từ những dạng bài trắc nghiệm lý thuyết cho đến tính toán, vận dụng thực tế. Các em sẽ được thầy cô trên lớp cho thực hiện và vận dụng. Tuy nhiên, các em đã ghi nhớ được phương pháp giải cho tất cả các dạng bài này hay chưa. Điều đầu tiên chính là các em cần phải nắm rõ lý thuyết.
Ứng dụng sự nở vì nhiệt của chất rắn
Lý thuyết cần nhớ
- Các chất rắn đều nở ra vì nhiệt. Khi nhiệt độ tăng cao, chất rắn sẽ nở ra. Khi nhiệt độ giảm đi, chất rắn sẽ co lại. Nhiệt độ từ môi trường bên ngoài cũng có thể tác động lên kích thước của vật rắn.
- Các chất khác nhau có sự nở vì nhiệt khác nhau. Điều này đã được các nhà vật lý học chứng minh. Ví dụ sự nở vì nhiệt của đồng, sẽ khác sự nở vì nhiệt của nhôm hay sắt. Các em khi làm bài nên nên chú ý đến các hệ số này để tính toán chính xác. Hầu hết các bài có liên quan đến tính toán đều sẽ cho số liệu theo các chất.
- Cùng một chất, nơi nào có nhiệt độ cao hơn tác động thì sẽ nở vì nhiệt nhiều hơn. Điều này đã được chứng mình trong nhiều thí nghiệm. Không phải bất cứ nhiệt độ nào vật cũng thay đổi như nhau. Nhiệt độ càng cao, sự nở vì nhiệt diễn ra ở vật càng mạnh mẽ. Nên nhiều khi chúng ta thực hiện hơ lửa một phần của vật thì phần đó sẽ nở ra nhiều hơn phần còn lại. Các em hoàn toàn có thể vận dụng điều này trong các bài tập thực tế, giải thích về sự nở vì nhiệt của vật.
Cách học vật lý 6 tốt
Đây chính là những lưu ý về cách làm trong các dạng bài tập về sự nở vì nhiệt của chất rắn. Chỉ cần các em nhớ rõ lý thuyết và những điều này, các em sẽ làm bài tập tốt hơn. Ngoài ra, trong các bài trắc nghiệm, các em cần đọc kỹ lý thuyết để chọn đáp án chính xác nhất. Đôi khi đáp án có thể đúng nhưng thiếu, đáp án đầy đủ nhất mới là đáp án chính xác nhất.
Trên đây chính là những thông tin về sự nở vì nhiệt của chất rắn dành cho các em mong muốn tìm hiểu. Đây là một bài học trong chương trình vật lý 6. Hy vọng những thông tin này có thể giúp ích cho các em trong việc học bài, thi cử, và vận dụng thực tế. Có rất nhiều trường hợp trong cuộc sống của chúng ta có thể vận dụng được điều này. Các em hãy học hỏi và áp dụng ngay nhé!
Ngoài ra, trên trang chủ của chúng tôi cũng có những bài viết mới. Các em có thể tìm hiểu thêm về Vật Lý, Hóa học tại đây.
>>> Tìm đọc thêm các bài viết cùng chủ đề
Xem toàn bộ tài liệu Lớp 6: tại đây
A. Lý thuyết
I. Tóm tắt lý thuyết
– Các chất rắn đều nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi.
Ví dụ 1:
Trước khi hơ nóng quả cầu, quả cầu lọt qua vòng kim loại.
Sau khi hơ nóng quả cầu, quả cầu không còn lọt qua vòng kim loại.
Nhúng quả cầu đã được hơ nóng vào nước lạnh rồi thử thả qua vòng kim loại, quả cầu lại lọt qua vòng kim loại.
Ví dụ 2:
Ở đầu cán [chuôi] dao, liềm bằng gỗ thường có một đai bằng sắt gọi là cái khâu dùng để giữ chặt lưỡi dao hay lưỡi liềm. Khi lắp khâu, người thợ rèn phải nung nóng khâu rồi mới tra vào cán vì khi được nung nóng, khâu nở ra dễ lắp vào cán, khi nguội đi khâu co lại xiết chặt vào cán.
– Có hai loại co [dãn] của chất rắn:
+ Sự nở dài: nở hoặc co lại theo chiều dài.
+ Sự nở khối: vật to lên hoặc bé đi theo thể tích.
– Đặc điểm sự nở vì nhiệt của chất rắn: Các chất rắn khác nhau thì sự nở về nhiệt của chúng cũng khác nhau.
Bảng 1: Độ tăng chiều dài của các thanh chất rắn khác nhau có chiều dài ban đầu là 100 cm khi nhiệt độ tăng thêm 500C.
II. Phương pháp giải
1. Giải thích các hiện tượng trong đời sống
Để giải thích các hiện tượng trong đời sống ta dựa vào các tính chất dãn nở vì nhiệt của chất rắn sau đây:
– Các chất rắn đều nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi.
– Các chất rắn khác nhau thì dãn nở vì nhiệt cũng khác nhau.
– Cùng một chất, nơi nào nóng nhiều hơn thì dãn nở cũng nhiều hơn
2. Lưu ý
Khi dãn nở thể tích của vật tăng chứ khối lượng của vật vẫn không thay đổi.
B. Trắc nghiệm
Bài 1: Chọn câu phát biểu sai
A. Chất rắn khi nóng lên thì nở ra.
B. Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.
C. Chất rắn khi lạnh đi thì co lại.
D. Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt như nhau.
Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau
⇒ Đáp án D
Bài 2: Khi xây cầu, thông thường một đầu cầu người ta cho gối lên các con lăn. Hãy giải thích cách làm đó?
A. Để dễ dàng tu sửa cầu.
B. Để tránh tác hại của sự dãn nở vì nhiệt.
C. Để tạo thẩm mỹ.
D. Cả 3 lý do trên.
Khi xây cầu, thông thường một đầu cầu người ta cho gối lên các con lăn để khi có sự dãn nở con lăn sẽ di chuyển → tránh hiện tượng bị cong do tác hại của sự dãn nở vì nhiệt.
⇒ Đáp án C.
Bài 3: Cho ba thanh kim loại đồng, nhôm, sắt có cùng chiều dài ban đầu là 100 cm. Khi tăng thêm 500C thì độ tăng chiều dài của chúng theo thứ tự trên lần lượt là 0,12 cm; 0,086 cm; 0,060 cm. Trong ba chất đồng, nhôm và sắt, cách sắp xếp nào sau đây là đúng theo thứ tự từ chất dãn nở vì nhiệt nhiều nhất đến chất dãn nở vì nhiệt ít nhất?
A. Nhôm – Đồng – Sắt B. Nhôm – Sắt – Đồng
C. Sắt – Nhôm – Đồng D. Đồng – Nhôm – Sắt
Độ dãn nở vì nhiệt của nhôm > đồng > sắt
⇒ Chọn A
Bài 4: Chọn câu trả lời đúng nhất. Người ta sử dụng hai cây thước khác nhau để đo chiều dài. Một cây thước bằng nhôm và một cây thước làm bằng đồng. Nếu nhiệt độ tăng lên thì dùng hai cây thước để đo thì cây thước nào sẽ cho kết quả chính xác hơn? Biết đồng nở vì nhiệt kém hơn nhôm.
A. Cả hai cây thước đều cho kết quả chính xác như nhau.
B. Cây thước làm bằng nhôm.
C. Cây thước làm bằng đồng.
D. Các phương án đưa ra đều sai.
Vì nhôm nở vì nhiệt nhiều hơn đồng nên dùng thước nhôm sẽ bị sai lệch nhiều hơn
⇒ Đáp án C
Bài 5: Hãy dự đoán chiều cao của một chiếc cột bằng sắt sau mỗi năm.
A. Không có gì thay đổi.
B. Vào mùa hè cột sắt dài ra và vào mùa đông cột sắt ngắn lại.
C. Ngắn lại sau mỗi năm do bị không khí ăn mòn.
D. Vào mùa đông cột sắt dài ra và vào mùa hè cột sắt ngắn lại.
Vào mùa hè nhiệt độ cao hơn mùa đông nên cột sắt sẽ nở hơn mùa đông → cột sắt vào mùa hè dài hơn mùa đông
⇒ Đáp án B.
Bài 6: Khi một vật rắn được làm lạnh đi thì
A. khối lượng của vật giảm đi.
B. thể tích của vật giảm đi.
C. trọng lượng của vật giảm đi.
D. trọng lượng của vật tăng lên.
Khi một vật rắn được làm lạnh đi thì vật co lại và thể tích của vật giảm đi.
⇒ Đáp án B
Bài 7: Khi nút thủy tinh của một lọ thủy tinh bị kẹt. Phải mở nút bằng cách nào dưới đây?
A. Làm nóng nút. B. Làm nóng cổ lọ.
C. Làm lạnh cổ lọ. D. Làm lạnh đáy lọ.
Khi nút thủy tinh của một lọ thủy tinh bị kẹt. Phải mở nút bằng cách làm nóng cổ lọ.
⇒ Đáp án B
Bài 8: Các trụ bê tông cốt thép không bị nứt khi nhiệt độ ngoài trời thay đổi vì:
A. Bê tông và lõi thép không bị nở vì nhiệt.
B. Bê tông nở vì nhiệt nhiều hơn thép nên không bị thép làm nứt.
C. Bê tông và lõi thép nở vì nhiệt giống nhau.
D. Lõi thép là vật đàn hồi nên lõi thép biến dạng theo bê tông.
Các trụ bê tông cốt thép không bị nứt khi nhiệt độ ngoài trời thay đổi vì bê tông và lõi thép nở vì nhiệt giống nhau
⇒ Đáp án C
Bài 9: Khi đun nóng một hòn bi bằng sắt thì xảy ra hiện tượng nào dưới đây?
A. Khối lượng của hòn bi tăng.
B. Khối lượng của hòn bi giảm.
C. Khối lượng riêng của hòn bi tăng.
D. Khối lượng riêng của hòn bi giảm.
Khi đun nóng một hòn bi bằng sắt thì xảy ra hiện tượng thể tích viên bi nở ra nên khối lượng riêng của bi giảm
⇒ Đáp án D
Bài 10: Chọn phương án đúng.
Một vật hình hộp chữ nhật được làm bằng sắt. Khi tăng nhiệt độ của vật đó thì
A. Chiều dài, chiều rộng và chiều cao tăng.
B. Chỉ có chiều dài và chiều rộng tăng.
C. Chỉ có chiều cao tăng.
D. Chiều dài, chiều rộng và chiều cao không thay đổi.
Khi tăng nhiệt độ của vật đó thì chiều dài, chiều rộng và chiều cao tăng
⇒ Đáp án A