Физика 8 класс учебник Перышкин, Иванов - страница 19

Тип: ГДЗ, Решебник.
Авторы: Перышкин И. М., Иванов А. И.
Часть: без частей.
Год: 2026.

Серия: (ФГОС).
Издательство: Просвещение.

Из параграфа вы узнали, что на расширении жидкостей при нагревании основан принцип действия жидкостного термометра. Жидкостью, залитой в термометр, обычно является спирт или ртуть. А что будет, если использовать воду?

Ответ:

   Если использовать воду в качестве жидкости для жидкостного термометра, это приведёт к ряду проблем:

1. Слишком узкий диапазон жидкого состояния:
   • вода остаётся жидкой только в диапазоне от 0 °C до 100 °C при нормальном атмосферном давлении;
   • это слишком ограниченный диапазон для практических измерений температуры (например, не подойдёт для измерения низких температур зимой или высоких температур в технических процессах).

2. Замерзание при низких температурах:
   • при температуре ниже 0 °C вода кристаллизуется (замерзает), превращаясь в лёд;
   • лёд не может расширяться и заполнять капилляр термометра, прибор перестаёт работать.

3. Кипение при высоких температурах:
   • при температуре выше 100 °C вода переходит в газообразное состояние (кипит);
   • это приведёт к разрыву колбы термометра или выходу воды из капилляра, делая измерения невозможными.

4. Аномальное поведение плотности воды:
   • в диапазоне температур от 0 °C до примерно + 4 °C вода сжимается при нагревании (плотность увеличивается), а не расширяется, как большинство жидкостей;
   • максимальная плотность воды достигается при + 4 °C;
   такой нелинейный коэффициент расширения усложняет калибровку шкалы термометра и делает его работу непредсказуемой в этом диапазоне температур.

5. Испарение:
   • вода испаряется при нагревании, особенно близко к точке кипения;
   • это приведёт к постепенному уменьшению объёма жидкости в термометре и искажению показаний.

6. Проблемы с точностью:
   • вода незначительно расширяется при небольших изменениях температуры (десятые доли градуса);
   • это затрудняет точное измерение температурных изменений, особенно в медицинских или лабораторных условиях.

7. Дополнительные сложности:
   • вода может взаимодействовать с материалом колбы или капилляра, вызывая коррозию или изменение свойств;
   • при замерзании вода расширяется, что может привести к разрушению стеклянной колбы термометра.

   Вывод: именно из-за этих недостатков в жидкостных термометрах используют другие жидкости:
   • спирт (этанол или другие спирты) — работает при гораздо более низких температурах (до –114 °C для этанола);
   • ртуть — остаётся жидкой в широком диапазоне (от –38 °C до 356 °C), имеет стабильный коэффициент расширения;
   • другие специальные жидкости (например, галлий-индиевый сплав) — для измерения высоких температур.

Причина теплового расширения твёрдых тел

   Тепловое расширение твёрдых тел было продемонстрировано в 7 классе на опыте с металлическим шаром и кольцом. В ненагретом состоянии шар легко проходил сквозь кольцо, а после нагревания застревал в нём. Можете ли вы объяснить это на основе молекулярно-кинетической теории? Сделать это не так просто, как кажется на первый взгляд. Попробуем разобраться.
   С увеличением температуры увеличиваются скорости молекул и, в результате, увеличивается размах их колебаний около положений равновесия. Рассмотрим две соседние молекулы. Предположим для простоты, что молекула 1 неподвижна, а молекула 2 колеблется около точки О (рис. 8, а). Чем выше температура тела, тем больше размах АВ колебаний молекулы 2 (рис. 8, б). Однако среднее расстояние между молекулами 1 и 2 при этом не меняется. Значит, и размер тела должен оставаться неизменным. Как же тогда объяснить тепловое расширение?
   В нашем рассуждении мы предполагали, что максимальные отклонения молекулы 2 влево и вправо одинаковы (AO = OB). Оказывается, это не так. Дело в том, что сила отталкивания, действующая