Образовавшийся зазор между пробкой и горлышком составит
Подставляя числовые значения величин, найдем
Задача 2
Объем некоторой массы спирта при нагревании увеличился на ΔV = 5,5 см3. Начальная плотность спирта ρ0 = 800 кг/м3, температурный коэффициент объемного расширения спирта α = l,l · 10-3 K-1. Удельная теплоемкость спирта с = 2,4 × 103 Дж/(кг · К). Какое количество теплоты сообщено спирту?
Решение. Первоначальный объем спирта V0. После нагревания он стал равен V = V0(1 + αΔt). Изменение объема спирта
(9.5.1)
Количество теплоты, сообщенное спирту при нагревании,
(9.5.2)
где т = ρ0V0 — масса спирта.
Разделив почленно выражения (9.5.1) и (9.5.2), получим
отсюда
Задача 3
Как велика сила F, которую нужно приложить к медной проволоке с площадью поперечного сечения S = 10 мм2, чтобы растянуть ее на столько же, на сколько она удлиняется при нагревании на Δt = 20 К? Коэффициент линейного расширения меди α1 = 1,7 · 10-5 К-1, модуль Юнга E = 1,2 · 1011 Па.
Решение.
Согласно
закону Гука σ
= Еε или
,
где FУ
—
сила упругости, возникающая в проволоке
при ее относительном удлинении
,
аЕ
—
модуль упругости (модуль Юнга) меди.
Приложенная к проволоке сила равна по
модулю силе упругости, поэтому
Отсюда
(9.5.3)
Согласно условию задачи проволока должна получить такое же удлинение при нагревании на Δt:
(9.5.4)
Подставив в уравнение (9.5.3) выражение (9.5.4) для Δl, получим выражение для силы:
Задача 4
Определите
длины
и
железной
и медной линеек при температуре t0
=
0 °С, если разности их длин при температурах
t1
= 50
°С и t2
= 450
°С одинаковы по модулю и равны l
= 2 см.
Коэффициенты линейного расширения
железа и меди соответственно равны
=
1,2 · 10-5
К-1
и
=1,7
· 10-5
К-1.
Решение. Разность длин линеек при температуре t1 равна
При температуре t2 эта разность равна
Знак плюс соответствует случаю, когда разность длин линеек остается неизменной (рис. 9.11, а). Знаку минус соответствует случай, когда при температурах t1 и t2 разности длин линеек одинаковы по модулю, но противоположны по знаку (рис. 9.11, б).
Рис. 9.11
В первом случае система уравнений приводит к следующим результатам:
Во втором случае результаты получаются такими:
В обоих случаях при t0 = 0 °С длина железной линейки должна быть больше медной.
Задача 5
При температуре t0 = О °С стеклянный баллон вмещает т0 = 100 г ртути. При температуре t1 = 20 °С баллон вмещает т1 = 99,7 г ртути. В обоих случаях температура ртути равна температуре баллона. Найдите по этим данным температурный коэффициент линейного расширения стекла α1, учитывая, что коэффициент объемного расширения ртути α = 1,8 · 10-4 К-1.
Решение. Если вместимость баллона при 0 °С обозначить через V0, то при температуре t1 она будет равна
(9.5.5)
Обозначим через ρ0 и ρ1 плотности ртути при температурах t0 и t1. Тогда массы ртути при начальной и конечной температурах будут равны: т0 = ρ0V0 и т1 = ρ1V1, причем согласно формуле (9.3.7)
Отсюда
Из выражения (9.5.5) находим
(9.5.6)
Подставляя в уравнение (9.5.6) значения V0 и V1, окончательно получим:
