Класс!ная физика для любознательных Библиотека по физике Класс!ная физика всегда рядом Прекрасный мир искусства Музей открытки 20 века Малая Яблоновка на реке Оккервиль Коты-рисунок, графика, живопись

добавить на Яндекс

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?
Техно-шокер
Простые опыты Давай, наука! Простые лекции
Путешествие с "Класс!ной физикой" - Музей BMW в Мюнхене - читать полностью
Астрономия детям Предлагается эксперимент Физика детям

 Класс!ная физика   -  YouTube

«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru
«Класс!ная физика» - это и библиотека по физике class-fizika.ru/bib.html

Тепловое расширение. Расширение газа и жидкости. Опыты

ПечатьE-mail


НАГРЕВАНИЕ ВОЗДУХА


Что   происходит  с воздухом при нагревании?
Почему при нагревании воздух становится легче?
Куда девается его вес?

Возьми бутылку из белого стекла, по возможности с тонкими стенками. Подбери к ней плотную пробку. Если корковой пробки нет, годится свежая морковка. Подбери   стеклянную или пластиковую трубочку  и плотно вставь ее в отверстие пробки. Налей в бутылку немного  подкрашенной воды. Нижний конец трубки должен быть погружен в воду.



Когда ты обхватишь бутылку руками, вода начнет подниматься по трубке. Значит, что-то вытесняет из бутылки воду, раз она полезла в трубку!

Что же это такое?
Ты, наверное, уже сообразил, что это опять он, невидимка-воздух. Тепла твоих рук оказалось достаточно, чтобы воздух нагрелся, расширился и потеснил воду!

Наш опыт не очень интересен на первый взгляд. В нем ничто не вертится и не крутится, не летит и не взрывается, не подпрыгивает и не бьет фонтаном. Но результат получился очень важный: при нагревании воздух расширяется. И расширяется сильно, если даже теплота твоих рук дала заметное действие.
А теперь о весе!

Скажем, был у тебя один литр воздуха. И весил этот воздух 1,2 г (одну целую и две десятых грамма). Столько примерно он и весит. А потом ты этот воздух нагрел, да так сильно, что он расширился вдвое и стал занимать уже не 1 л, а 2. Сколько же он теперь весит? Да те же самые 1,2 г. Воздух ведь ниоткуда не прибыл и никуда не убыл. Просто он расширился, сделался более редким. Значит, общий вес нагретого воздуха не изменился.

Что же тогда изменилось?
Изменился вес 1 л. Если литр холодного воздуха весил 1,2 г, то 2 л горячего воздуха весят те же самые 1,2 г. Значит, 1 л теперь весит 1,2:2 = 0,6 г. Горячий воздух стал как бы легче потому, что он стал реже.
В действительности, для того чтобы воздух расширился вдвое, его нужно нагреть очень сильно, примерно до 300°. В наших опытах он нагревается гораздо слабее. Но все равно: даже и при небольшом нагревании воздух на  сколько-то расширяется. Значит, каждый литр, даже каждый кубический сантиметр его становится хоть немного легче.

И он теперь всплывет, поднимется в более холодном, более плотном окружающем воздухе. Он сможет крутить вертушку. Он сможет поднять легонькую оболочку мыльного пузыря. А если его будет очень много, разница в весе окажется достаточной, чтобы поднять целый  воздушный шар-монгольфьер!
Ну, а если воздух снова охладить?

Отними ладони от бутылки, через некоторое время вода в трубке опустится и все придет в прежнее положение. Значит, при охлаждении воздух занимает меньше места, он сжимается.



ЗВУЧАЩАЯ МОНЕТА


Понаблюдаем, как расширяется газ. Для этого нам понадобится двухлитровая бутылка из-под газировки, монета размером  с диаметр горлышка и стакан воды.

Положите пустую незакрытую бутылку минут на пять в морозильник. Затем выньте бутылку из морозильника и сразу же закройте ее мокрой монетой. Монету перед этим смочите, окунув ее в стакан с водой.



Через несколько секунд монета начнет издавать звуки, напоминающие пощелкивание, подскакивая и ударяясь о горлышко бутылки.

Почему?
Вещества от охлаждения сжимаются. Охлажденный воздух в бутылке сжимается, занимая меньший объем. Благодаря этому в бутылку входит дополнительное количество воздуха. Когда мы вынимаем бутылку из морозилки, воздух нагревается и начинает расширяться.

Расширяющийся воздух отрывает монету от горлышка и приподнимает ее с одной стороны. Когда излишек воздуха вышел наружу, монета падает на прежнее место. Этот процесс продолжается, пока температура внутри бутылки не сравняется с температурой воздуха снаружи.

Внимание!
Монета может перестать звучать, если она сдвинется с места идущим снизу воздухом и не будет Полностью накрывать горлышко бутылки. В э
том случае передвиньте ее на место.



ВОДОПРОВОДНАЯ ТРУБА И ГРИБЫ



Сколько аварий бывает зимой, когда замезают водопроводные трубы!
Английский изобретатель Рональд Рейбоун предложил изготавливать их с пластмассовыми вкладышами, внутри которых находится воздух. Расширяющаяся при замерзании вода вместо того, чтобы давить на стенки трубы, сдавливает воздух в мягком пластмассовом вкладыше. Так коварный     закон    температурного расширения находит новую, безобидную    точку    приложения,  и трубы   остаются    целыми.


Опыт


То, что замерзающая вода любит рвать трубы, можно удобно использовать… для сушки грибов и фруктов!
Быстро заморозьте их в морозильном холодильнике, а потом высушите.


Длительность сушки заметно сократится, а качество улучшится, потому что замерзающая вода рвет стенки растительных клеток и делает ткань пористой. По этим капиллярным ходам влага намного быстрее выделяется наружу и испаряется.



НАГРЕВАНИЕ ВОДЫ


Берем тот же  аппарат, в котором мы  нагревали воздух: бутылка с пробкой и трубочкой.
Будем нагревать  воду.

На этот раз наполни бутылку водой до самого верха, до краев горлышка. Трубку выдвини  повыше и заткни бутылку пробкой. Вытесненный пробкой излишек воды поднимется по трубке. Пусть он там установится на высоте 1—2 см над пробкой. Если будет больше, отлей. Хорошо  было бы и здесь подкрасить воду чернилами.



Теперь воду в бутылке надо нагреть. Но здесь уже тепла твоих рук не хватит. Придется установить бутылку в кастрюлю с водой, подложив две палочки, чтобы под дном бутылки тоже была водяная прослойка, и все это сооружение поставить на огонь. Это называется «нагревать на водяной бане». Прямо ставить бутылку на огонь нельзя: она лопнет.

Следи внимательно за уровнем воды в трубке!
Смотри-ка: уровень немного опустился…

Что же это, неужели вода при нагревании сжимается?
Не спеши с выводами!
Уровень воды в трубке снова пополз вверх и поднимается все дальше и дальше, Он теперь выше,  чем был с самого начала.
Значит, вода при нагревании все-таки расширяется. Ну, а почему же сначала уровень шел вниз? Не догадываешься? Да потому, что первой нагрелась бутылка и тоже расширилась. А потом уже тепло дошло до воды!



НАГРЕВАНИЕ СНЕГА



Как его нагреть?
Да набери в большую кастрюлю и принеси в кухню. В кухне тепло, и снег начнет таять. Налей немного воды на табуретку и поставь кастрюлю в эту лужицу. Через некоторое время попробуй кастрюлю приподнять.

Примерзла?
Конечно, нет. Ведь в кухне тепло, и снег даже в самой кастрюле тает.
Ну, а если помешивать снег в кастрюле палочкой? Хоть скалкой, хоть оглоблей. Все равно не примерзнет.

Но все-таки есть способ приморозить кастрюлю!
Брось в нее полную горсть соли. Теперь, если ты хорошо помешаешь да при этом не будешь сдвигать кастрюлю с места, она примерзнет!
Снег в кастрюле будет таять по-прежнему, но под ее дном образуется лед.

Не правда ли, таинственный опыт?
Тайну этого опыта легко разъяснится, если у тебя есть уличный термометр,  который показывает плюсовые  и минусовые температуры.
Опусти его в кастрюлю так, чтобы шарик касался снега. До прибавления соли термометр стоит на нуле. Так и должно быть, ведь именно температуру тающего снега и льда условились считать нулевой. А вот после прибавления соли термометр покажет уже минусовую температуру. Если, напр
имер, к тремстам граммам снега добавить сто граммов соли, смесь будет таять при 18° ниже нуля! Ясно, что при такой температуре чистая вода под кастрюлей замерзнет.

Ты, может быть, видел, как в больших городах в гололед тротуары посыпают солью. На улице мороз, но лед на тротуаре начинает таять!
А то еще золой посыпают. В ней тоже содержатся различные соли. И лед превращается в мокрую, грязную кашу.



СУХИМ ИЗ ВОДЫ


Положи на плоскую тарелку монету и налей немного воды. Монета очутится под водой. Теперь предложи товарищу взять монету голой рукой, не замочив пальцев и не выливая воду из тарелки. Едва ли он сообразит, как это сделать. А фокус в том, что воду надо отсосать.

Возьми тонкий стакан, ополосни его кипятком и опрокинь на тарелку рядом с монетой. Теперь смотри, что будет.



Воздух в стакане начнет остывать. А ты, наверное, уже слышал, что холодный воздух занимает меньше места, чем горячий. Мы об этом еще поговорим в свое время подробнее. Так или иначе, стакан, словно медицинская кровососная банка, начнет всасывать воду, и вскоре вся она соберется под ним. Теперь подожди, пока монета высохнет, и бери ее, не боясь замочить пальцы.



СТАКАН ПОЛЗЕТ


Воздух при нагревании расширяется. Ну, а при чем здесь какой-то ползущий стакан? Сейчас увидишь. Возьми кусок плоского стекла длиной около 40 см. Чисто вымой это стекло и под один его край подложи два спичечных коробка. Поставь на стекло стакан вверх дном. Только обязательно тонкий стакан. Толстый, гра­неный, стакан здесь не годится: он может лопнуть, да и слишком тяжел для нашего опыта. Стакан, конечно, будет стоять на месте: ведь наклон стекла очень мал.
Хорошенько смочи края стакана водой. Нет, и водя­ная «смазка» не помогает. Стакан все равно стоит на месте. Ничего, сейчас мы заставим лентяя двинуться в путь! А ну-ка, поднеси к нему горящую свечу или лучинку. Ближе, ближе, пусть почувствует жар.


Стакан все еще стоит... Смотри-ка: двинулся! Быстрее, быстрее ползет вниз, словно спасаясь от огня.
Что же здесь произошло? Воздух в стакане нагрелся и немного расширился. Он чуть-чуть приподнял стакан и вышел бы наружу, да мешает вода, которой смочены края. Стакан словно «повис» на водяной прослойке. Тре­ние резко уменьшилось, и он пополз, вернее, поплыл вниз!



Вернуться в "Оглавление"

Источник: «Здравствуй, физика» Л. Гальперштейн; "Физика для любознательных или о чем не узнаешь на уроке" А.Майоров