ΦΥΣΙΚΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

ΦΥΣΙΚΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

ΦΥΣΙΚΗ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ Ο ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΣ

Η ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ Ο ΑΝΘΡΩΠΙΝΟΣ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΣ

   Ο πρωτόγονος άνθρωπο πίστευε ότι ο ήλιος και η φωτιά που άναβε τυχαία από τους κεραυνούς ήταν η μοναδική πηγή θερμότητας.Παρατηρούσε τις κλιματικές μεταβολές στην ατμόσφαιρα και προσπαθούσε να προφυλαχτεί από το κρύο και τη ζέστη.

Ο πρωτόγονος άνθρωπο ανάβει φωτιά τρίβοντας δυο ξύλα μεταξύ τους 

 Σταθμός του πολιτισμού του ανθρώπου ήταν όταν έμαθε να ανάβει φωτιά κτυπώντας δυο πέτρες ή τρίβοντας δυο ξύλα μεταξύ τους .

Πιθανότατα πριν από 500.000 χρόνια ο άνθρωπος έμαθε να χειρίζεται τη φωτιά

  Πιθανότατα πριν από 500.000 χρόνια ο άνθρωπος έμαθε να χειρίζεται τη φωτιά, ενώ τη λίθινη εποχή, περίπου 30.000 χρόνια πριν, ζωγραφιές σε σπήλαια αποδεικνύουν ότι ο άνθρωπος χρησιμοποιούσε τη φωτιά για μαγείρεμα αλλά και να θερμαίνει ή να φωτίζει τις σπηλιές όπου και κατοικούσε.

Ο άνθρωπος χρησιμοποιούσε τη φωτιά για μεγείρεμα αλλά και να θερμαίνει ή να φωτίζει τις σπηλιές όπου και κατοικούσε

   Κατά την μυθολογία βλέποντας την κατάντια του ανθρώπινου γένους και την αδυναμία του απέναντι στη φύση, ο Προμηθέας αποφασίζει να του χαρίσει τη φωτιά. 

Ο Προμηθέας κλέβει τη φωτιά από τους θεούς για να την δώσει στους ανθρώπους

  Έτσι, επισκεπτόμενος το εργαστήρι του Ήφαιστου, τοποθετεί τη φωτιά σε ένα κούφιο καλάμι και τη δίνει κρυφά στους ανθρώπους. Ως τόπος παράδοσης της φωτιάς αναφέρεται η πόλη Σικυώνα της Πελοποννήσου.

Ο Προμηθέας παραδίδει την φωτιά στους ανθρώπους στη πόλη  Σικυώνα της Πελοποννήσου

  Ο Προμηθέας έμαθε τους ανθρώπους να χειρίζονται τη φωτιά, να δημιουργούν εργαλεία και τους έμαθε τις Επιστήμες (που έκλεψε από την Αθηνά) και τα Γράμματα. Για να γλυτώσει την ανθρωπότητα από το μένος των θεών, την έμαθε να τους λατρεύει και να τους κάνει θυσία.

Οι αρχαίοι Έλληνες θεωρούσαν τη φωτιά ως ένα από τα τέσσερα βασικά στοιχεία μαζί με τη γη, το νερό και τον αέρα

 Οι αρχαίοι Έλληνες θεωρούσαν τη φωτιά ως ένα από τα τέσσερα βασικά στοιχεία μαζί με τη γη, το νερό και τον αέρα.Πίστευαν ότι κάθε σώμα αποτελείται από συνδυασμούς αυτών των τεσσάρων στοιχείων.

O Ηράκλειτος

  Ο πρώτος που διατύπωσε μια θεωρία για τη θερμότητα ήταν ο Έλληνας φιλόσοφος Ηράκλειτος,που έζησε γύρω στο 500 π.Χ. στην πόλη της Εφέσου στην Ιωνία της Μικράς Ασίας.Στον Ηράκλειτο απονέμεται ένα έργο με τίτλο Περί Φύσεως,το οποίο χωρίζεται σε τρία μέρη με περιεχόμενο πολιτικό, θεολογικό και κοσμογονικό.Ο Ηράκλειτος υποστήριξε ότι τα τρία βασικά συστατικά της φύσης ήταν η φωτιά,η γη και το νερό.Ο κόσμος για τον Ηράκλειτο δεν είναι αποτέλεσμα δημιουργίας ή γένεσης, αλλά προϋπάρχει προαιώνια και περιγράφεται ως ζωντανή φωτιά, η οποία εναλλάξ δυναμώνει και εξασθενεί, χωρίς ποτέ να σβήνει εντελώς. 

Η φωτιά ονομάζεται το φαινόμενο της ανάφλεξης ενός υλικού που αναγνωρίζεται από την σημαντική έκκληση θερμότητας και της παρουσίας φλόγας

 Το πυρ του Ηράκλειτου είναι μια κοσμολογική σταθερά που κινείται και μεταμορφώνεται αέναα. Η παροιμιώδης φράση που χαρακτηρίζει τη φιλοσοφία του Ηρακλείτου:

Τα πάντα ρει, μηδέποτε κατά τ'αυτό μένειν 

 Επίσης υποστήριζε ότι η πρωταρχική ουσία στον κόσμο είναι η ενέργεια (το πυρ).Σήμερα, μετά την πειραματική επιβεβαίωση της θεωρίας του Άλμπερτ Αϊνστάιν γνωρίζουμε βέβαια ότι αυτό είναι αλήθεια και ότι η ύλη και η ενέργεια είναι το ίδιο πράγμα σε διαφορετική κατάσταση.

Ο Ιπποκράτης, ο πατέρας της ιατρικής  

  Το 460 π.Χ. ο Ιπποκράτης, ο πατέρας της ιατρικής, θεωρούσε  ότι τα πάντα προέρχονται από τα 4 στοιχεία, σε καθένα από τα οποία ανταποκρίνεται η ιδιότητα του ψυχρού, του ξηρού, του θερμού, του υγρού. Στα στερεά συστατικά του σώματος υπερισχύει το γαιώδες και στα υγρά το υδατώδες. Συνεκτική ουσία των πάντων είναι το πνεύμα, έμφυτο και θερμό στον άνθρωπο, που εδρεύει στην καρδιά.

Ο Σκοτσέζος χημικός Joseph Black ανακάλυψε ότι ο πάγος απορροφά θερμότητα χωρίς να αλλάζει τη θερμοκρασία κατά την τήξη

  Το 1761,ο Σκοτσέζος χημικός Joseph Black ανακάλυψε ότι ο πάγος απορροφά θερμότητα χωρίς να αλλάζει τη θερμοκρασία κατά την τήξη. Από αυτό κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η θερμότητα πρέπει να συνδυάζεται με τα σωματίδια πάγου και να γίνει λανθάνουσα.Μεταξύ 1759 και 1763, διατύπωσε μια θεωρία της λανθάνουσας θερμότητας για τα οποία η επιστημονική φήμη του στηρίζεται κατά κύριο λόγο, και έδειξε επίσης ότι οι διάφορες ουσίες που έχουν διαφορετικές ειδικές θερμότητες.

Η πρώτη ατμομηχανή που κατασκευάστηκε από τον Τόμας Νιούκομεν για την άντληση νερού   

  Η πρώτη ατμομηχανή που κατασκευάστηκε από τον Τόμας Νιούκομεν και το βοηθό του Τζον Κάλυ το 1712 στη Αγγλία. Χρησιμοποιήθηκε για την άντληση νερού. Η μηχανή αυτή τροποποιήθηκε και βελτιώθηκε αργότερα από τον Βαττ και αποτέλεσε τον πρόδρομο των σύγχρονων ατμομηχανών.

Ο Τζέιμς Βαττ ( 19 Ιανουαρίου 1736 – 25 Αυγούστου 1819) ήταν Σκωτσέζος μηχανουργός, μηχανικός και εφευρέτης.Ο Τζέιμς Βαττ ονομάσθηκε "πατέρας της ατμομηχανής" ιδιαίτερα για τη χρήση του ατμού για τη θέρμανση του κυλίνδρου, και κυρίως για την κατασκευή μιας ατμομηχανής που μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε ευρεία κλίμακα σε πολλές εφαρμογές, οδηγώντας έτσι στην έλευση της Βιομηχανικής Επανάστασης.  Προς τιμή του ονομάστηκε ειδική μονάδα μέτρησης ισχύος λεγόμενη Βατ.

 Πολλές δραστηριότητες της καθημερινής ζωής του ανθρώπου, όπως η θέρμανση και το μαγείρεμα, στηρίζονται στη χρήση της, θερμότητας. Η μεταλλουργία και η κεραμική ήταν για πολλούς αιώνες οι σημαντικότεροι τομείς στους οποίους ο άνθρωπος χρησιμοποίησε τη θερμότητα. Πολύ αργότερα, αντιλήφθηκε ότι η θερμότητα συνδέεται με την κίνηση και τον 18ο αιώνα κατασκεύασε την πρώτη ατμομηχανή . Η ατμομηχανή είναι μια μηχανή που μετασχηματίζει τη θερμότητα σε μηχανικό έργο. Η θερμότητα προκύπτει από τα καύσιμα που καίγονται και χρησιμοποιείται για να μετασχηματίσει το νερό σε ατμό, ο οποίος χρησιμοποιείται για να κινήσει τροχούς ή μοχλούς.

Η πρώτη ατμομηχανή για τα τρένα

  Από τότε, πολλές εργασίες έπαψαν να γίνονται χειρωνακτικά ή με τη βοήθεια ζώων και αναπτύχθηκαν οι πρώτες βιομηχανίες.Με την εκτεταμένη χρήση των μηχανών στην παραγωγή αγαθών, ξεκινά η βιομηχανική επανάσταση.

  Το έργο του Joule και Mayer, απέδειξαν ότι η θερμότητα και το έργο ήταν ισοδύναμες μορφές ενέργειας, και οδήγησαν στη αρχής της διατήρησης της ενέργειας από τον Hermann von Helmholtz το 1847.Ο Clausius το 1850 έδειξε ότι η θερμιδική θεωρία θα μπορούσε να συμβιβαστεί με την κινητική θεωρία.Το 1851, ο William Thomson παρουσίασε τη σύγχρονη άποψη για την δυναμική θεωρία της θερμότητας.

Ο πρώτος  κινητήρας εσωτερικής καύσης  

  Τον 19ο αιώνα κατασκευάστηκαν οι κινητήρες εσωτερικής καύσης, δηλαδή, ο πετρελαιοκινητήρας και ο βενζινοκινητήρας.Η ανακάλυψη των κοιτασμάτων πετρελαίου οδήγησε τον τεχνικό κόσμο του 20ου αιώνα στην ανάγκη εφεύρεσης συστημάτων ικανών να αξιοποιήσουν το καινούργιο καύσιμο.

Ένα από τα πρώτα αυτοκίνητα με κινητήρα εσωτερικής καύσης

 Αρχικά ο Γάλλος μηχανικός Etienne Lenoir και στη συνέχεια ο Γερμανός Nikolaus Agust Otto κατασκευάζουν τις πρώτες μηχανές εσωτερικής καύσης. Το 1885 ο Γερμανός μηχανικός Benz προσαρμόζει τη μηχανή του Otto σε αμάξωμα, τοποθετεί τρεις τροχούς και δημιουργεί το πρώτο αυτοκινούμενο όχημα. Τον επόμενο χρόνο ο Γερμανός μηχανικός Daimler κατασκευάζει το πρώτο τετράτροχο αυτοκίνητο με μηχανή εσωτερικής καύσης.

Ο Ιταλός φυσικός Enrico Fermi σχεδιάζει και θέτει σε λειτουργία τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής

  Το 1942 ο Ιταλός φυσικός Enrico Fermi σχεδιάζει και θέτει σε λειτουργία τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, ενώ το 1954 το πρώτο πυρηνικό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας τίθεται σε λειτουργία στην τέως ΕΣΣΔ.

Το πρώτο πυρηνικό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας τίθεται σε λειτουργία στην τέως ΕΣΣΔ

 Ο 20ος αιώνας χαρακτηρίζεται από τρομακτική αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας. Προβλήματα όπως η προστασία του περιβάλλοντος και η εξάντληση των ενεργειακών πόρων δεν απασχολούσαν κανέναν. Τα πάντα όμως θα άλλαζαν σύντομα.

Κατά τη λειτουργία των μηχανών αποβάλλονται καυσαέρια  

  Ωστόσο, αν και οι μηχανές συνεισέφεραν στη βελτίωση του τρόπου ζωής του ανθρώπου,η χρήση τους προκάλεσε και σημαντικά προβλήματα.Κατά τη λειτουργία των μηχανών αποβάλλονται καυσαέρια ή δημιουργούνται ραδιενεργά κατάλοιπα τα οποία μολύνουν το περιβάλλον.Επίσης, κατά τη λειτουργία των θερμικών μηχανών μεταφέρεται στην ατμόσφαιρα και θερμότητα.Η θερμοκρασία του περιβάλλοντος αυξάνεται και η ισορροπία των οικοσυστημάτων διαταράσσεται.Η χρησιμοποίηση των θερμικών μηχανών χωρίς τη λήψη των κατάλληλων μέτρων δημιουργεί οικολογικά προβλήματα στον πλανήτη μας.  

  

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ:ΜΙΑ ΜΟΡΦΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ:ΜΙΑ ΜΟΡΦΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

   Τοποθετούμε ένα δοχείο με νερό πάνω σε μια θερμαντική εστία.Παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται.Πάνω στην ίδια εστία τοποθετούμε ένα δοχείο που περιέχει αέρα και την μια βάση του τη κλείνουμε με έμβολο.Τότε παρατηρούμε ότι το έμβολο κινείται.Κατά τη θέρμανση του δοχείου με το νερό λέμε ότι ενέργεια μεταφέρεται από τη φλόγα στο νερό και η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται.Κατά τη θέρμανση του δοχείου με τον αέρα, ενέργεια μεταφέρεται από τη φλόγα στον αέρα, το έμβολο κινείται και επομένως αποκτά κινητική ενέργεια.

Α) Η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται όταν το θερμάνουμε
          Β) Το έμβολο μετακινείται όταν θερμαίνουμε τον αέρα του δοχείου

  Τώρα θα εκτελέσουμε ένα άλλο πείραμα.Σε δύο μεταλλικά δοχεία Α και Β βάζουμε νερό διαφορετικής θερμοκρασίας,ψυχρό στο Α και θερμό στο Β.

  Σκεπάζουμε τα δοχεία με φελιζόλ (θερμομονωτικό υλικό) και τα φέρνουμε σε επαφή.Ύστερα από λίγο χρόνο διαπιστώνουμε με ένα θερμόμετρο ότι το νερό έχει την ίδια θερμοκρασία και στα δύο δοχεία.

Σε δύο μεταλλικά δοχεία Α και Β βάζουμε νερό διαφορετικής θερμοκρασίας,ψυχρό στο Α και θερμό στο Β

   Από αυτό συμπεραίνουμε,σύμφωνα με την κινητική θεωρία της θερμότητας,ότι η ενέργεια των μορίων του νερού,εξαιτίας της θερμικής κινήσεως,αυξήθηκε στο δοχείο Β.Η μεταβολή αυτή των ενεργειών έγινε δια μεταφοράς ενός ποσού ενέργειας από το θερμότερο δοχείο Β στο ψυχρότερο δοχείο Α.
    Την ενέργεια αυτή που μεταφέρθηκε την ονομάζουμε θερμότητα.

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ
  

  Επομένως:

 Θερμότητα ονομάζεται η ενέργεια που μεταφέρεται από σώμα σε ένα άλλο,εξαιτίας της διαφορετικής θερμοκρασίας τους.

  Γενικότερα με τον όρο θερμότητα μπορούμε να ορίσουμε τη μεταφορά ενέργειας από ένα σύστημα προς το περιβάλλον του, σαν συνέπεια μόνο της διαφοράς θερμοκρασίας.

Θερμότητα ονομάζεται η ενέργεια που μεταφέρεται από σώμα σε ένα άλλο,εξαιτίας της διαφορετικής θερμοκρασίας τους

  Η θερμότητα μεταφέρεται από το σώμα μεγαλύτερης προς το σώμα μικρότερης θερμοκρασίας.Με την έννοια της θερμότητας μπορούμε να περιγράψουμε μεταβολές που συμβαίνουν όταν δύο σώματα διαφορετικής θερμοκρασίας έρθουν σε επαφή μεταξύ τους.Στο προηγούμενο παράδειγμά  μεταφέρεται θερμότητα από τη φλόγα, που έχει υψηλότερη θερμοκρασία, προς το νερό ή τον αέρα, που έχουν χαμηλότερη θερμοκρασία.Στην καθημερινή χρήση της έννοιας της θερμότητας θεωρούμε ότι στα υλικά σώματα αποθηκεύεται θερμότητα.Η άποψη αυτή βρίσκεται σε αντίθεση με την επιστημονική: Η ύλη έχει ενέργεια σε διαφορετικές μορφές, αλλά δεν έχει θερμότητα. Η θερμότητα είναι ενέργεια που μεταφέρεται λόγω διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ δυο σωμάτων.Μόλις όμως μεταφερθεί, παύει να ονομάζεται θερμότητα.Πολλές θερμικές μεταβολές, όπως η μεταβολή της θερμοκρασίας, η θερμική διαστολή, η τήξη, ο βρασμός κτλ. οφείλονται στη μεταφορά θερμότητας.Όμως υπάρχουν αντίστοιχες μεταβολές οι οποίες δεν οφείλονται σε μεταφορά θερμότητας.

Η θερμότητα μεταφέρεται από το σώμα μεγαλύτερης προς το σώμα μικρότερης θερμοκρασίας

 Όταν φέρουμε σε επαφή δύο σώματα που έχουν την ίδια θερμοκρασία, τότε,όπως προκύπτει από τον ορισμό της θερμότητας, δε μεταφέρεται θερμότητα από το ένα σώμα στο άλλο.Στην περίπτωση αυτή λέμε ότι τα σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία.

Ο ζωϊκός κόσμος διατηρείται στη ζωή γιατί το σώμα τους απελευθερώνει θερμότητα, προσφέροντας έτσι στους οργανισμούς τους την απαραίτητη ενέργεια

  Οι άνθρωποι και ο ζωϊκός κόσμος γενικά διατηρούνται στη ζωή γιατί το σώμα τους απελευθερώνει θερμότητα,προσφέροντας έτσι στους οργανισμούς τους την απαραίτητη ενέργεια.Η θερμότητα αξιοποιείται από τις απλές οικιακές συσκευές μέχρι και τους τεχνητούς δορυφόρους.

  Η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας.Έτσι, η μονάδα μέτρησής της στο Διεθνές σύστημα μονάδων (SI) είναι το 1 joule (1 j).Στην καθημερινή μας ζωή χρησιμοποιείται ως μονάδα ενέργειας για τη θερμότητα η μία θερμίδα (1 cal) και η χιλιοθερμίδα (1 kcal) που ήταν η μονάδα που χρησιμοποιήθηκε αρχικά για τη θερμότητα. 

  Μια χιλιοθερμίδα ονομάζεται το ποσό θερμότητας που πρέπει να δώσουμε σε ένα λίτρο νερού που βρίσκεται σε ατμοσφαιρική πίεση για να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά ένα βαθμό.

Η Βρετανική μονάδα θερμότητας (Btu) 

   Οι μονάδες θερμότητας έχουν μεταξύ τους τις ακόλουθες σχέσεις: 

1 cal = 4,2 joules 

1 kcal = 1000 cal = 4200 joules 

  Στο Τεχνικό Σύστημα η μονάδα θερμότητας είναι η Βρετανική μονάδα θερμότητας (Btu) που ορίζεται σαν η θερμότητα η αναγκαία για να αυξηθεί η θερμοκρασία μίας λίβρας νερού από τους 63 στους 64 βαθμούς Φαρενάιτ.

ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

  Δυο σώματα βρίσκονται σε θερμική επαφή όταν είναι δυνατόν να μεταφερθεί θερμότητα από το ένα σώμα στο άλλο,διαφορετικής θερµοκρασίας.
  Η ροή θερµότητας οφείλεται στη διαφορά θερµοκρασίας  µεταξύ των δύο σωµάτων.Η ροή θερμότητας προκαλεί τη  µεταβολή της θερµοκρασίας των σωµάτων τα οποία βρίσκονται σε θερµική αλληλεπίδραση.

Δυο σώματα βρίσκονται σε θερμική επαφή όταν είναι δυνατόν να μεταφερθεί θερμότητα από το ένα σώμα στο άλλο,διαφορετικής θερµοκρασίας

  Για να μελετήσουμε καλύτερα την θερμική επαφή δύο σωμάτων θα εκτελέσουμε ένα απλό πείραμα.Βυθίζουμε ένα μεταλλικό κύλινδρο ο οποίος έχει τη θερμοκρασία περιβάλλοντος σε καυτό νερό.Το δοχείο μέσα στο οποίο περιέχεται το νερό έχει θερμικά μονωμένα τοιχώματα, δηλαδή τοιχώματα που δεν επιτρέπουν τη μεταφορά θερμότητας προς το περιβάλλον. 

Ο κύλινδρος και το νερό βρίσκονται σε θερμική επαφή.Θερμότητα μεταφέρεται από το καυτό νερό προς το μέταλλο.Μετά από λίγη ώρα παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού μειώνεται και του μετάλλου αυξάνεται μέχρι η θερμοκρασία του μετάλλου να γίνει ίδια με τη θερμοκρασία του νερού.Η μεταφορά θερμότητας σταματάει.Τότε ότι το μέταλλο βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με το νερό.  

  Ο κύλινδρος και το νερό βρίσκονται σε θερμική επαφή.Θερμότητα μεταφέρεται από το σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας,δηλαδή του νερού,προς το σώμα χαμηλότερης θερμοκρασίας,δηλαδή του μέταλλου.Ύστερα από λίγη ώρα παρατηρούμε ότι η θερμοκρασία του νερού μειώνεται και του μετάλλου αυξάνεται.Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα,η θερμοκρασία του μετάλλου γίνεται ίδια με τη θερμοκρασία του νερού.Η μεταφορά θερμότητας σταματάει.Λέμε τότε ότι το μέταλλο βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με το νερό. 

Ρίχνουμε ένα  καυτό μεταλλικό κύλινδρο σε κρύο νερό  

  Τώρα ρίχνουμε ένα  καυτό μεταλλικό κύλινδρο σε κρύο νερό.Παρατηρούμε ότι σιγά σιγά το νερό ζεσταίνεται και το  µέταλλο ψύχεται,µέχρι να αποκτήσουν την ίδια θερµοκρασία. Την στιγμή αυτή σταµατά η ροή θερµότητας από το καυτό µέταλλικό κύλινδρο στο κρύο νερό και λέµε ότι το  µέταλλο και το νερό βρίσκονται σε θερµική ισορροπία.

   Άρα: 

  Δύο σώµατα με διαφορετική θερμοκρασία,που βρίσκονται σε θερµική επαφή,έρχονται σε θερµική ισορροπία,  όταν αποκτήσουν την ίδια θερµοκρασία.

Δύο σώµατα A και  B με διαφορετική θερμοκρασία,που βρίσκονται σε θερµική επαφή,έρχονται σε θερµική ισορροπία,  όταν αποκτήσουν την ίδια θερµοκρασία

  Μια σημαντική εφαρμογή της θερμικής ισορροπίας έχουμε στη μέτρηση της θερμοκρασίας ενός σώματος.Το θερμόμετρο βασίζεται στη θερµική ισορροπία µεταξύ θερµοµέτρου και αντικειµένου.Για να τη μετρήσουμε σωστά, πρέπει το θερμόμετρο να βρίσκεται σε θερμική επαφή με το σώμα μέχρι να σταθεροποιηθεί η ένδειξή του.

Στο θερµόµετρο για τον πυρετό µεταφέρεται θερµότητα από το σώµα  µας στον υδράργυρο,µε αποτέλεσµα την αύξηση του ύψους της στήλης του.Όταν ο υδράργυρος αποκτήσει τη θερµοκρασία του σώµατός  µας,σταματάει η  µεταφορά θερµότητας.Τότε,το ύψος της στήλης δείχνει την τελική θερµοκρασία του υδραργύρου, άρα και τουσώµατός µας

  Το θερµόµετρο για τον πυρετό το κρατάµε στη  µασχάλη για ορισµένο χρόνο. Αυτό πρέπει να το κάνουμε για να επέλθει θερµική ισορροπία  µεταξύ του σώµατός µας και του υδραργύρου του θερµοµέτρου.Έτσι µεταφέρεται θερµότητα από το σώµα  µας στον υδράργυρο,µε αποτέλεσµα την αύξηση του ύψους της στήλης του.Όταν ο υδράργυρος αποκτήσει τη θερµοκρασία του σώµατός  µας,σταματάει η  µεταφορά θερµότητας.Τότε,το ύψος της στήλης δείχνει την τελική θερµοκρασία του υδραργύρου, άρα και του σώµατός µας.

  Το θερμόμετρο δείχνει τη θερμοκρασία του σώματος όταν βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με αυτό.

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ,ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΣ

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ,ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Από την έννοια της θερμότητας που μεταφέρεται μπορούμε να περιγράψουμε μια σειρά από μεταβολές που συμβαίνουν όταν δύο σώματα διαφορετικής θερμοκρασίας έρθουν σε θερμική επαφή.Τώρα θα πρέπει να ερμηνεύσουμε αυτά τα θερμικά φαινόμενα.Για την ερμηνεία των θερμικών φαινομένων είναι αναγκαία η μελέτη της δομής της ύλης.

H ύλη είναι γενικός όρος που αναφέρεται στο συστατικό από το οποίο αποτελούνται όλα τα φυσικά αντικείμενα

  H ύλη είναι γενικός όρος που αναφέρεται στο συστατικό από το οποίο αποτελούνται όλα τα φυσικά αντικείμενα.Όλες οι ουσίες τα τα αντικείμενα που αποτελούνται από ύλη λέγονται υλικά.

  Από ύλη αποτελούνται τα μακροσκοπικά φυσικά σώματα του περιβάλλοντος μας,όπως ένα τραπέζι,μία πέτρα,το νερό, ουράνια σώματα όπως πλανήτες, αστέρες και γαλαξίες, αλλά και φυσικά αντικείμενα που δεν γίνονται άμεσα αντιληπτά από τον παρατηρητή με τις αισθήσεις του,όπως τα σωματίδια σε ατομική ή και μικρότερη κλίμακα όπως τα μόρια ενός αερίου, ηλεκτρόνια κλπ.

Η ύλη σε μικροσκοπικό μοριακό επίπεδο απαρτίζεται από άτομα, μόρια και ιόντα

 Η ύλη σε μικροσκοπικό μοριακό επίπεδο απαρτίζεται από άτομα,μόρια και ιόντα,αυτά είναι τα δομικά συστατικά της.Οι διαμοριακές δυνάμεις ελκτικές και απωστικές που αναπτύσσονται μεταξύ τους, ώστε να σχηματιστούν διακριτά σώματα, καθορίζουν εκτός των άλλων, το σχήμα, το μέγεθός τους, όπως επίσης και την ευκολία και τον τρόπο με τον οποίο αυτά μεταβάλλονται. 

ΟΙ ΔΟΜΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ,ΤΑ ΤΟΥΒΛΑΚΙΑ ΤΗΣ ΥΛΗΣ

 Ανοίγουμε ένα μπουκαλάκι με άρωμα.Παρατηρούμε ότι η μυρωδιά του κατακλύζει όλο το γύρω χώρο.Γνωρίζουμε ότι κάθε αέριο αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια τα οποία κινούνται συνεχώς και ελεύθερα προς κάθε κατεύθυνση κατακλύζοντας το χώρο που τους διατίθεται.Αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια τα ονομάζουμε δομικούς λίθους του αερίου και στη χημεία λέγονται μόρια.

Ανοίγουμε ένα μπουκαλάκι με άρωμα.Παρατηρούμε ότι η μυρωδιά του κατακλύζει όλο το γύρω χώρο

  Δομικοί λίθοι ενός σώματος ονομάζονται τα μικροσκοπικά σωματίδια από τα οποία φτιάχνεται το σώμα.Μπορούμε να τους παρομοιάσουμε με τα τουβλάκια ενός παιχνιδιού,με τα οποία μπορούμε να φτιάξουμε ολόκληρο  παιχνίδι.

Δομικοί λίθοι ενός σώματος ονομάζονται τα μικροσκοπικά σωματίδια από τα οποία φτιάχνεται το σώμα

  Στα περισσότερα σώματα οι δομικοί λίθοι είναι τα μόρια,σε μερικά όμως μπορεί να είναι τα άτομα ή και τα ιόντα.Οι μακροσκοπικές ιδιότητες των στερεών και των υγρών μπορούν επίσης να ερμηνευτούν με βάση τον τρόπο κίνησης των δομικών τους λίθων.

Τους δομικούς λίθους μπορούμε να τους παρομοιάσουμε με τα τουβλάκια ενός παιχνιδιού,με τα οποία μπορούμε να φτιάξουμε ολόκληρο  παιχνίδι

 Ένα σώµα είναι ένα σύστηµα από δοµικούς λίθους που αλληλεπιδρούν.Οι δομικοί λίθοι ενός σώματος βρίσκονται σε άτακτη κίνηση και δεν έχουν όλα την ίδια κινητική ενέργεια.

ΣΤΕΡΕΑ 

  Στα  στερεά οι διαμοριακές δυνάμεις είναι ισχυρές.Οι δομικοί λίθοι τους ταλαντώνονται γύρω από συγκεκριμένες θέσεις,χωρίς να μπορούν να αλλάξουν θέση.

Στα στερεά οι δομικοί λίθοι τους ταλαντώνονται γύρω από συγκεκριμένες θέσεις,χωρίς να μπορούν να αλλάξουν θέση

  Έτσι,τα στερεά έχουν συγκεκριμένο σχήμα και όγκο που δύσκολα μεταβάλλονται. 

Τα στερεά έχουν συγκεκριμένο σχήμα και όγκο που δύσκολα μεταβάλλονται

  Οι δομικοί τους λίθοι είναι τοποθετημένοι σε καθορισμένες θέσεις γύρω από τις οποίες κινούνται άτακτα.Τα  µόρια των στερεών αλληλεπιδρούν συνεχώς. Άρα, εκτός από κινητική ενέργεια έχουν και δυναµική ενέργεια. 

ΥΓΡΑ

 Στα υγρά οι διαμοριακές δυνάμεις είναι σημαντικές.Τα µόρια των υγρών είναι αρκετά κοντά µεταξύ τους.Ταλαντώνονται,αλλά οι δυνάµεις αλληλεπίδρασης δεν µπορούν να τα κρατήσουν σε σταθερές θέσεις.Τα δομικά συστατικά μπορούν να αλλάξουν θέση αλλά δε μπορούν να αλλάξουν τη μεταξύ τους απόσταση. Έτσι, τα υγρά δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα, παίρνουν κάθε φορά το σχήμα του δοχείου τους, αλλά έχουν συγκεκριμένο όγκο.Επίσης ρέουν. 

Τα υγρά δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα, παίρνουν κάθε φορά το σχήμα του δοχείου τους, αλλά έχουν συγκεκριμένο όγκο

 Φανταζόμαστε ότι στα υγρά οι δομικοί λίθοι επίσης κινούνται άτακτα «γλιστρώντας» ο ένας επάνω στον άλλο,αλλά διατηρώντας σταθερές αποστάσεις.Τα  µόρια των  των υγρών αλληλεπιδρούν συνεχώς.Άρα όπως και τα στερεά,εκτός από κινητική ενέργεια έχουν και δυναµική ενέργεια. 

ΑΕΡΙΑ

  Στα αέρια οι διαμοριακές δυνάμεις είναι αμελητέες. Τα δομικά συστατικά είναι ελεύθερα.

Τα αέρια δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα και όγκο

  Έτσι,τα αέρια δεν έχουν συγκεκριμένο σχήμα και όγκο.Καταλαμβάνουν όλην την έκταση του δοχείου τους.

Τα µόρια των αερίων κινούνται ευθύγραµµα,µε µεγάλες ταχύτητες. Αλληλεπιδρούν  µόνο τη στιγµή που συγκρούονται είτε µεταξύ τους, είτε  µε τα µόρια άλλων σωµάτων,όπως των τοιχωµάτων του δοχείου

 Τα µόρια των αερίων κινούνται ευθύγραµµα,µε µεγάλες ταχύτητες. Αλληλεπιδρούν  µόνο τη στιγµή που συγκρούονται είτε µεταξύ τους, είτε  µε τα µόρια άλλων σωµάτων,όπως των τοιχωµάτων του δοχείου.Άρα,τα µόρια των αερίων έχουν µόνο κινητική ενέργεια

ΔΟΜΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ

  Η άτακτη κίνηση των δομικών λίθων συνδέεται στενά με τη θερμοκρασία του σώματος.Θερμαίνουμε ένα δοχείο που κλείνει αεροστεγώς με έμβολο.Παρατηρούμε ότι το έμβολο κινείται προς τα έξω.Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία του αέρα που βρίσκεται εγκλωβισμένος μέσα στο δοχείο,τόσο εντονότερη γίνεται η άτακτη κίνηση των δομικών του λίθων.

Ο Λούντβιχ Μπόλτσμαν (20 Φεβρουαρίου 1844 – 5 Σεπτεμβρίου 1906) ήταν Αυστριακός θεωρητικός φυσικός και φιλόσοφος. Ο Μπόλτσμαν υπήρξε από τους θεμελιωτές της Στατιστικής Φυσικής και Θερμοδυναμικής. Συνέδεσε την άτακτη κίνηση των δομικών λίθων με τη θερμοκρασία και ερμήνευσε τις ιδιότητες των αερίων

  Άρα βλέπουμε ότι οι δομικοί λίθοι  κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα.Οι συγκρούσεις των δομικών λίθων με το έμβολο γίνονται σφοδρότερες,με αποτέλεσμα αυτό να ωθείται προς τα έξω.

   Συνεπώς:

  Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος, τόσο μεγαλύτερη κινητική ενέργεια έχουν οι δομικοί του λίθοι λόγω της άτακτης κίνησής τους.

  Από τα πειράματα παρατηρούμε ότι τα  µόρια του θερµότερου αέρα,έχουν κατά µέσο όρο  µεγαλύτερες κινητικές ενέργειες από τα  µόρια του ψυχρότερου αέρα.Η θερµοκρασία ενός σώµατος αποτελεί  µέτρο της µέσης κινητικής ενέργειας των µορίων του.

Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος, τόσο μεγαλύτερη κινητική ενέργεια έχουν οι δομικοί του λίθοι λόγω της άτακτης κίνησής τους

  Θερμοκρασία ενός σώματος ονομάζεται το φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει τη μέση ενέργεια των μορίων του εξαιτίας της θερμικής κινήσεως.  

    Για παράδειγµα, όσο υψηλότερη είναι η θερµοκρασία  µιας ποσότητας νερού, τόσο ταχύτερα κατά  µέσο όρο κινούνται τα µόριά του. 

  Εσωτερική ενέργεια του σώµατος ονομάζεται το άθροισµα των ενεργειών όλων των  µορίων ενός σώµατος.

Θερμοκρασία ενός σώματος ονομάζεται το φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει τη μέση ενέργεια των μορίων του εξαιτίας της θερμικής κινήσεως

   Θερµική ενέργεια ονομάζεται το  µέρος της εσωτερικής ενέργειας που οφείλεται στην άτακτη κίνηση των µορίων.

  Η θερμική ενέργεια χαρακτηρίζει το σύνολο της κινητικής ενέργειας των σωματιδίων που συγκροτούν τα υλικά σώματα, καθώς αυτά κινούνται στο εσωτερικό τους με συνέπεια ν΄ αναπτύσσουν θερμοκρασία.Πρόκειται για εσωτερική ενέργεια ενός συστήματος που βρίσκεται σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας.

    Η εσωτερική ενέργεια των αερίων είναι  θερµική ενέργεια.Αυτό γιατί τα µόρια των αερίων δεν έχουν δυναµική ενέργεια.Η θερµική ενέργεια ενός σώµατος εξαρτάται από τη θερµοκρασία του και από τον αριθµό των µορίων του,δηλαδή από τη µάζα του σώματος.

Η θερμική ενέργεια είναι η μορφή ενέργειας που παράγεται από την τυχαία κίνηση των ατόμων και μορίων των ουσιών. Όσο πιο έντονη είναι η κίνηση αυτών, τόσο πιο θερμό γίνεται το σώμα

  Η θερμική ενέργεια είναι η μορφή ενέργειας που παράγεται από την τυχαία κίνηση των ατόμων και μορίων των ουσιών.Όσο πιο έντονη είναι η κίνηση αυτών, τόσο πιο θερμό γίνεται το σώμα.Η κίνηση αυτή για να μεταβληθεί απαιτεί την είσοδο εξωτερικής ενέργειας, η οποία μπορεί να έχει διάφορες μορφές, όπως μεγάλου μήκους κύματος ηλιακή ενέργεια.Εν προκειμένω με τον όρο θερμότητα εννοούμε ειδικά την ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα υψηλής θερμοκρασίας σε άλλο με χαμηλότερη θερμοκρασία,και ποτέ αντίστροφα, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η κινητική ενέργεια των σωματιδίων του δεύτερου.

Το θερμό σώμα έχει περισσότερη θερμική ενέργεια η οποία και διαδίδεται με διάφορους τρόπους όπως είναι η θερμική ακτινοβολία

  Συνεπώς θερμική ενέργεια διαθέτουν όλα τα σώματα είτε αυτά είναι ζεστά είτε είναι κρύα.Απλά το θερμό σώμα έχει περισσότερη θερμική ενέργεια η οποία και διαδίδεται με διάφορους τρόπους όπως είναι η θερμική ακτινοβολία.

ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

  Τώρα θα εξετάσουμε γιατί μεταβάλλονται οι θερμοκρασίες δύο σωμάτων όταν έλθουν σε θερμική επαφή.Επίσης θα εξηγήσουμε γιατί η θερμότητα μεταφέρεται από το σώμα υψηλότερης στο σώμα χαμηλότερης θερμοκρασίας.

  Ξανακάνουμε το παράδειγμα του μεταλλικού κυλίνδρου ο οποίος τοποθετείται σε δοχείο με καυτό νερό.Παρατηρούμε ότι ύστερα από ορισμένο χρονικό διάστημα οι θερμοκρασίες των δυο σωμάτων γίνονται ίσες.

Οι δομικοί λίθοι του κυλίνδρου συγκρούονται με τους δομικούς λίθους του νερού και κινητική ενέργεια μεταφέρεται από τους δεύτερους στους πρώτους.

  Αρχικά επειδή η θερμοκρασία του νερού είναι υψηλότερη από του μετάλλου,οι δομικοί λίθοι του νερού έχουν μεγαλύτερη κινητική ενέργεια από τους δομικούς λίθους του μετάλλου.Όταν ο κύλινδρος βυθιστεί στο νερό,δομικοί λίθοι του νερού συγκρούονται (αλληλεπιδρούν) με τους δομικούς λίθους του κυλίνδρου και κινητική ενέργεια μεταφέρεται από τους πρώτους στους δεύτερους.Έτσι, η θερμοκρασία του νερού ελαττώνεται και του μετάλλου αυξάνεται.Η μεταφορά ενέργειας μεταξύ των δομικών λίθων μέσω συγκρούσεων αντιστοιχεί στη μεταφορά θερμότητας μεταξύ των σωμάτων.

Όταν έρχονται σε επαφή δύο σώµατα διαφορετικών θερµοκρασιών,τα  µόριά τους αλληλεπιδρούνµε τυχαίο τρόπο και έτσι  µεταφέρεται ενέργεια από τα µόρια µεγαλύτερης κινητικής ενέργειας στα µόρια µικρότερης κινητικής ενέργειας

   Μετά από λίγο χρόνο, η θερμοκρασία του μεταλλικού κυλίνδρου γίνεται ίση με του νερού και παραμένει σταθερή.Δηλαδή,το μέταλλο βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με το νερό.Τότε,οι δομικοί λίθοι του μετάλλου έχουν την ίδια κινητική ενέργεια με τους δομικούς λίθους του νερού και η μεταφορά θερμότητας από το νερό στο μέταλλο σταματά.
  Όταν έρχονται σε επαφή δύο σώµατα διαφορετικών θερµοκρασιών,τα  µόριά τους αλληλεπιδρούνµε τυχαίο τρόπο και έτσι  µεταφέρεται ενέργεια από τα µόρια µεγαλύτερης κινητικής ενέργειας στα µόρια µικρότερης κινητικής ενέργειας.Αυτό συμβαίνει όταν συγκρούονται µπάλες του µπιλιάρδου µε διαφορετικές ταχύτητες.

ΘΕΡΜΙΚΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΟΛΗ

ΘΕΡΜΙΚΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΟΛΗ  

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Μπορούμε με πολύ μικρή δύναμη να ξεβιδώσουμε εύκολα το μεταλλικό καπάκι ενός γυάλινου βάζου όταν αυτό βρίσκεται στο ράφι της κουζίνας.Αν όμως το μετακινήσουμε  στο ψυγείο διαπιστώνουμε ότι το καπάκι σφηνώνει στο στόμιο του βάζου και δυσκολευόμαστε να το ξεβιδώσουμε.Μέσα στο ψυγείο η θερμοκρασία του γυάλινου βάζου μειώνεται.Για να το ανοίξουμε,ένας τρόπος είναι να ρίξουμε ζεστό νερό στο καπάκι και να περιμένουμε λίγη ώρα ώστε να αυξηθεί η θερμοκρασία του βάζου.

Πειραματική συσκευή για την μελέτη της θερμικής διαστολής και συστολής  

 Ο δακτύλιος του παραπάνω σχήματος έχει διάμετρο λίγο μεγαλύτερη από την διάμετρο της σφαίρας,έτσι ώστε στη θερμοκρασία περιβάλλοντος η σφαίρα να περνά εύκολα από το δακτύλιο.

Ο δακτύλιος έχει διάμετρο λίγο μεγαλύτερη από την διάμετρο της σφαίρας,έτσι ώστε στη θερμοκρασία περιβάλλοντος η σφαίρα να περνά εύκολα από το δακτύλιο

 Θερμαίνουμε τη σφαίρα και παρατηρούμε ότι δεν μπορεί να περάσει από το δακτύλιο.Αφήνουμε ύστερα τη σφαίρα να ψυχθεί και παρατηρούμε ότι περνά πάλι από το δακτύλιο.

Όταν θερμαίνουμε τη σφαίρα  παρατηρούμε ότι δεν μπορεί να περάσει από το δακτύλιο

 Από το πείραμα αυτό συμπεραίνουμε ότι οι διαστάσεις των σωμάτων αυξάνονται,όταν τα σώματα θερμαίνονται,και ελαττώνονται,όταν αυτά ψύχονται.Με λίγα λόγια παρατηρούμε  ότι η αύξηση της θερμοκρασίας της σφαίρας είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του όγκου της και άρα της διαμέτρου της.

Παρατηρούμε  ότι η αύξηση της θερμοκρασίας της σφαίρας είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του όγκου της και άρα της διαμέτρου της

 Όλα σχεδόν τα σώματα στερεά,υγρά και αέρια,όταν αυξάνεται η θερμοκρασία τους,διαστέλλονται,αυξάνεται δηλαδή ο όγκος τους,ενώ όταν μειώνεται η θερμοκρασία τους,συστέλλονται,μειώνεται δηλαδή ο όγκος τους.Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται θερμική διαστολή και το αντίθετο της φαινόμενο,θερμική συστολή.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ

 Θερμική διαστολή ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο αυξάνονται οι διαστάσεις ενός σώματος,δηλαδή αυξάνεται ο όγκος του σώματος,καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του σώματος.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΣΥΣΤΟΛΗΣ

 Θερμική συστολή ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο μειώνονται οι διαστάσεις ενός σώματος,δηλαδή μειώνεται ο όγκος του σώματος,καθώς η μειώνεται η θερμοκρασία του σώματος

ΕΙΔΗ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ

 Γενικά η διαστολή αφορά όλες τις διαστάσεις του σώματος,αλλά μπορεί η αύξηση μιας ή δύο διαστάσεων να είναι αμελητέες.Έτσι,υπάρχουν τρία είδη θερμικών διαστολών.Η διαστολή λέγεται κυβική,όταν αναφέρεται στην αύξηση και των τριών διαστάσεων,δηλαδή στην αύξηση του όγκου του σώματος.Ειδικά για τα στερεά,μας ενδιαφέρει πολλές φορές η αύξηση μιας μόνο διάστασης ή η αύξηση των δύο μόνο διαστάσεων.Στην πρώτη περίπτωση η διαστολή λέγεται γραμμική και στη δεύτερη επιφανειακή. 

Κυβική διαστολή παθαίνουν όλα τα σώματα στερεά,υγρά και αέρια 

 Κυβική διαστολή ονομάζεται η διαστολή στην οποία έχουμε αύξηση και των τριών διαστάσεων,δηλαδή έχουμε αύξηση του όγκου του σώματος.
 Τέτοια είναι η διαστολή που παθαίνουν όλα τα σώματα στερεά,υγρά και αέρια.

Παράδειγμα επιφανειακής διαστολής είναι η διαστολή του εμβαδού μιας μεταλλικής πλάκας

 Επιφανειακή διαστολή ονομάζεται η διαστολή στην οποία έχουμε αύξηση των δύο μόνο διαστάσεων,δηλαδή έχουμε αύξηση  του εμβαδού του σώματος.
 Αφορά μόνο στερεά σώματα.Παράδειγμα επιφανειακής διαστολής είναι η διαστολή του εμβαδού μιας μεταλλικής πλάκας.

Γραμμική διαστολή  παρατηρείται σε μακρόστενα αντικείμενα,για παράδειγμα σε μία μεταλλική ράβδο 

 Γραμμική διαστολή ονομάζεται η διαστολή  στη οποία έχουμε αύξηση μιας μόνο διάστασης,δηλαδή έχουμε αύξηση του μήκος του σώματος.
 Η γραμμική διαστολή αφορά μόνο στερεά σώματα και παρατηρείται σε μακρόστενα αντικείμενα.Παράδειγμα γραμμικής διαστολής είναι η διαστολή του μήκους μιας ράβδου.Βρίσκει εφαρμογή σε διμεταλλικά ελάσματα,θερμόμετρα και γενικά συσκευές που σχετίζονται με τη μηχανική και τη θερμοκρασία.

H διαστολή βρίσκει εφαρμογή στο αερόστατο 

 Από την εμπειρία μας γνωρίζουμε ότι όλα τα σώματα δε διαστέλλονται ή συστέλλονται με τον ίδιο τρόπο.Το καπάκι,που είναι συνήθως φτιαγμένο από σίδηρο ή αλουμίνιο, συστέλλεται περισσότερο από το γυάλινο βάζο γι' αυτό και σφηνώνεται στο στόμιο του βάζου,όταν μπει στο ψυγείο όπου και ψύχεται.

 Κατά τη διάρκεια της διαστολής η πυκνότητα του αντικειμένου μειώνεται,ώστε να αυξάνονται και οι δυνάμεις της άνωσης.Αυτό βρίσκει εφαρμογή στο αερόστατο,όπου ο αέρας λόγω θέρμανσης μειώνει την πυκνότητά του,αλλά εγκλωβίζεται στο αερόστατο και το παρασύρει στην ανοδική κίνηση.

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΣΤΕΡΕΩΝ

 Στην περίπτωση της διαστολής  μεταβάλλεται ο όγκος της σφαίρας.Υπάρχουν όμως σώματα,όπως οι ράβδοι ή τα σύρματα,που η μια τους διάσταση είναι πολύ μεγαλύτερη από τις άλλες.Όταν θερμάνουμε μια μεταλλική ράβδο ή ένα σύρμα,το μήκος τους αυξάνεται πολύ περισσότερο συγκριτικά με τις άλλες διαστάσεις τους.Όπως είπαμε και πιο πάνω η διαστολή αυτή ονομάζεται γραμμική διαστολή ή διαστολή κατά μήκος. 

 Τη γραμμική διαστολή μπορούμε να τη μελετήσουμε με τη συσκευή του παρακάτω σχήματος.Το άκρο της μεταλλικής ράβδου είναι καλά στερεωμένο στη βάση της συσκευής,ενώ το άλλο άκρο της είναι ελεύθερο να κινείται,παρασύροντας στην κίνησή του το δείκτη.

Συσκευή για τη μελέτη της γραμμικής διαστολής στερεών σωμάτων

 Θερμαίνουμε τη ράβδο και παρατηρούμε ότι ο δείκτης εκτρέπεται από την αρχική του θέση και επανέρχεται σ' αυτήν,όταν αφήσουμε τη ράβδο να ψυχθεί.Από την εκτροπή του δείκτη αντιλαμβανόμαστε ότι το μήκος της ράβδου αυξάνεται,όταν αυτή ψύχεται.Αν συνεχίσουμε τη θέρμανση της ράβδου,δηλαδή αυξήσουμε και άλλο τη θερμοκρασία της,διαπιστώνουμε ότι η ράβδος επιμηκύνεται περισσότερο.Άρα η επιμήκυνση(μεταβολή του μήκους) της ράβδου εξαρτάται από τη μεταβολή της θερμοκρασίας της (Δθ).

 Χρησιμοποιώντας ράβδους από διαφορετικό υλικό βρίσκουμε ότι η επιμήκυνση της ράβδου εξαρτάται από το υλικό της.Έτσι μία ράβδος αλουμινίου επιμηκύνεται περισσότερο (ο δείκτης εκτρέπεται περισσότερο) από μία ράβδο σιδήρου που έχει το ίδιο μήκος και παθαίνει την ίδια μεταβολή θερμοκρασίας με τη ράβδο αλουμινίου.

 Τέλος η επιμήκυνση μιας ράβδου εξαρτάται από το  αρχικό μήκος της(Ι0).Όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος της ράβδου τόσο περισσότερο επιμηκύνεται αυτή,για την ίδια μεταβολή της θερμοκρασίας της.

 Άρα η μεταβολή του μήκους (ΔΙ) είναι ανάλογη:

α) Με τη μεταβολή της θερμοκρασίας (Δθ).

Η αύξηση του μήκους είναι ανάλογη της μεταβολής της θερμοκρασίας 

 Για παράδειγμα σε διπλάσια μεταβολή θερμοκρασίας αντιστοιχεί διπλάσια μεταβολή μήκους 

β) Με το αρχικό μήκος του σώματος (Ι0). 

Η αύξηση του μήκους είναι ανάλογη του αρχικού μήκους του σώματος

 Σε δύο ράβδους από το ίδιο υλικό, που η μία έχει διπλάσιο μήκος από την άλλη,όταν η θερμοκρασία μεταβάλλεται εξίσου,η μεταβολή του μήκους της πρώτης είναι διπλάσια από τη μεταβολή του μήκους της δεύτερης.

γ) Με το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένη η ράβδος.
 Όταν η θερμοκρασία μεταβληθεί εξίσου σε μια σιδερένια ράβδο και σε μια ράβδο αλουμινίου ίδιου αρχικού μήκους,η μεταβολή του μήκους της ράβδου αλουμινίου είναι μεγαλύτερη από τη μεταβολή του μήκους της σιδερένιας ράβδου.

Η αύξηση του μήκους είναι ανάλογη  του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένη η ράβδος.Το αλουμίνιο διαστέλλεται περισσότερο από το σίδερο

 Από τις παραπάνω πειραματικές παρατηρήσεις ισχύει:

                                                                                   ΔΙ=Ι0•αι•Δθ 

όπου:

ΔΙ η μεταβολή του μήκους, 

Δθ η μεταβολή της θερμοκρασίας, 

Ι0 το αρχικό μήκος της ράβδου και 

Ι0•αι ο συντελεστής της γραμμικής διαστολής του υλικού της ράβδου.

 Το αι δείχνει πόσο μεταβάλλεται το μήκος μιας ράβδου 1 m,όταν η θερμοκρασία της μεταβληθεί κατά 1 °C.

 Ο συντελεστής της γραμμικής διαστολής είναι γενικά θετικός αριθμός που σημαίνει ότι τα σώματα διαστέλλονται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία τους.Η τιμή του συντελεστή της γραμμικής διαστολής,μεταβάλλεται με τη μεταβολή της θερμοκρασίας και γι' αυτό οι τύποι της θερμικής διαστολής ισχύουν με αρκετά καλή προσέγγιση,μόνο για μικρές περιοχές της θερμοκρασίας,όπου λαμβάνεται μια μέση τιμή του.

ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ

 Η γραμμική διαστολή έχει πολλές εφαρμογές στην καθημερινή ζωή και στην τεχνική.

Το διμεταλλικό έλασμα

 Μία από τις εφαρμογές αυτές βρίσκουμε στο διμεταλλικό έλασμα,που αποτελείται από δύο μεταλλικά ελάσματα του ίδιου μήκους,τα οποία είναι καλά συγκολλημένα μεταξύ τους και κατασκευασμένα από διαφορετικό υλικό.

Το διμεταλικό έλασμα σε μία ορισμένη θερμοκρασία είναι ευθύγραμμο,ενώ όταν θερμανθεί ή ψυχθεί καμπυλώνεται.Όταν θερμανθεί καμπυλώνεται προς τα πάνω,ενώ όταν ψυχθεί καμπυλώνεται προς τα κάτω 

 Το διμεταλλικό έλασμα σε μία ορισμένη θερμοκρασία,π.χ. 18 °C,είναι ευθύγραμμο,ενώ όταν θερμανθεί ή ψυχθεί καμπυλώνεται.

Διμεταλλικό σπειροειδές έλασμα από θερμόμετρο αντιδρά στη θερμότητα από τη φλόγα αναπτήρα.Όταν η φλόγα απομακρυνθεί το έλασμα επανέρχεται σταδιακά στην αρχική του κατάσταση

 Από διμεταλλικά ελάσματα κατασκευάζονται οι αυτόματοι ηλεκτρικοί διακόπτες,που χρησιμοποιούνται ως θερμοστάτες σε ηλεκτρικές συσκευές (θερμοσίφωνας,κουζίνα,ψυγείο,ηλεκτρικό σίδερο κλπ.),τα διμεταλλικά θερμόμετρα κλπ.

Θερμόμετρο από διμεταλλικό έλασμα

 Όταν,κατά τη θέρμανση των στερεών,εμποδίζεται η ελεύθερη διαστολή τους,αναπτύσσονται μεγάλες δυνάμεις ικανές να τα παραμορφώσουν.Για να αποφύγουμε αυτές τις ανεπιθύμητες παραμορφώσεις στις σιδηροτροχιές των τραίνων,αφήνουμε κατά διαστήματα μικρά κενά μεταξύ τους.

Στις μεταλλικές γέφυρες υπάρχουν οι οδοντωτοί σύνδεσμοι διαστολής,για να αποφύγει  η γέφυρα τη ζημιά από τις δυνάμεις διαστολής

 Για τον ίδιο λόγο δε στερεώνουμε και τα δύο άκρα μιας μεταλλικής γέφυρας,αλλά τοποθετούμε το ένα άκρο της σε κυλιόμενους κυλίνδρους ώστε να μετατοπίζεται ελεύθερα.

Τοποθετούμε το ένα άκρο της  μεταλλικής γέφυρας  σε κυλιόμενους κυλίνδρους ώστε να μετατοπίζεται ελεύθερα

 Τα αντικείμενα που αποτελούνται από κοινό γυαλί δεν πρέπει να θερμαίνονται απότομα και σε ένα μόνο μέρος τους,γιατί διαστέλλονται ανομοιόμορφα και σπάζουν.Αυτό δε συμβαίνει στα αντικείμενα που αποτελούνται από γυαλί pyrex,γιατί το γυαλί αυτό ελάχιστα διαστέλλεται.Από κατασκευάζονται χημικά όργανα και γυάλινα σκεύη μαγειρικής.

ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ

  Γνωρίζουμε ότι σε ορισμένα σώματα  οι δυο διαστάσεις τους,το μήκος και το πλάτος είναι πολύ μεγαλύτερες από την τρίτη,το πάχος.Τέτοια σώματα είναι μία μεταλλική πλάκα,ένας μεταλλικός δίσκος κ.α.Έτσι λοιπόν όταν θερμαίνουμε αυτά τα σώματα,αυξάνεται η θερμοκρασία τους και παρατηρούμε ότι τότε αυξάνονται οι διαστάσεις τους, δηλαδή διαστέλλονται.Όμως η θερμική διαστολή του πάχους είναι πολύ μικρότερη από τη θερμική διαστολή του πλάτους και του μήκους. 

Το πάχος ενός μεταλλικού δίσκου είναι πάρα πολύ μικρό.Έτσι λοιπόν όταν  θερμαίνουμε το μεταλλικό δίσκο η θερμική διαστολή του πάχους είναι πολύ μικρότερη από τη θερμική διαστολή του πλάτους και του μήκους

 Παρατηρούμε δηλαδή ότι η θερμική διαστολή του πάχους είναι σχεδόν αμελητέα.Οι δυο διαστάσεις αυξάνονται πολύ περισσότερο από την τρίτη.Η διαστολή αυτή ονομάζεται επιφανειακή διαστολή.
 Στην επιφανειακή διαστολή έχουμε δηλαδή αύξηση  του εμβαδού του σώματος και αφορά μόνο στερεά σώματα.

ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΟΓΚΟΥ ΣΕ ΣΤΕΡΕΑ ΚΑΙ ΥΓΡΑ

 Γεμίσουμε ένα γυάλινο βάζο με λάδι και ύστερα το θερμάνουμε.Παρατηρούμε ότι το λάδι ξεχειλίζει.Άρα συμπεραίνουμε ότι ο όγκος του λαδιού αυξήθηκε περισσότερο από τον όγκο του γυάλινου βάζου.Το λάδι λοιπόν διαστέλλεται περισσότερο από το γυάλινο βάζο.Από αυτό το μικρό πείραμα καταλαβαίνουμε ότι η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί αύξηση,διαστολή όγκου,τόσο των στερεών όσο και των υγρών.Όμως τα υγρά διαστέλλονται περισσότερο από τα στερεά.

Γυάλινο βάζο με λάδι

 Για να κατανοήσουμε καλύτερα την διαστολή του όγκου στα στερεά και στα υγρά θα κάνουμε ένα ακόμα πείραμα.Γεμίζουμε μία φιάλη με χρωματισμένο νερό και την κλείνουμε με πώμα που φέρει γυάλινο σωλήνα με μικρή διάμετρο.Θερμαίνουμε τη φιάλη και παρατηρούμε ότι η στάθμη του νερού ανεβαίνει και επανέρχεται στην αρχική θέση όταν η φιάλη ψυχθεί.
 Από το πείραμα αυτό συμπεραίνουμε ότι ο όγκος των υγρών αυξάνεται όταν θερμαίνονται και ελαττώνονται όταν ψύχονται.

Γεμίζουμε μία φιάλη με χρωματισμένο νερό και την κλείνουμε με πώμα που φέρει γυάλινο σωλήνα με μικρή διάμετρο

 Σε αυτό το σημείο πρέπει να κάνουμε μία σημαντική παρατήρηση.Αν προσέξουμε καλά κατά την εκτέλεση του πειράματος αυτού,θα παρατηρήσουμε ότι στην αρχή της θερμάνσεως η στάθμη του νερού κατεβαίνει για λίγο χρόνο και ύστερα ανεβαίνει.Αυτό συμβαίνει γιατί το γυαλί αρχίζει να διαστέλλεται πριν από το νερό.Έτσι η στάθμη του νερού αρχικά κατεβαίνει.Επειδή όμως το νερό διαστέλλεται,περισσότερο από το γυαλί,η στάθμη του νερού ανεβαίνει πιο πάνω από την αρχική θέση.

Ο όγκος των υγρών αυξάνεται όταν θερμαίνονται και ελαττώνονται όταν ψύχονται

 Από τα πειράματα αυτά και τις μετρήσεις της μεταβολής του όγκου που προκαλείται από την αντίστοιχη μεταβολή της θερμοκρασίας τους,μπορούμε να καταλάβουμε ότι η θερμική διαστολή του όγκου ενός στερεού ή υγρού:

α) είναι ανάλογη με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του,

β) είναι ανάλογη με τον αρχικό όγκο του, 

γ) εξαρτάται από είδος του υλικού του σώματος.

 Βέβαια,κατά τη μελέτη της διαστολής ενός υγρού,διαστέλλονται και τα τοιχώματα του δοχείου που το περιέχει.Η διαστολή όμως του δοχείου είναι πολύ μικρότερη από τη διαστολή του υγρού και τη θεωρούμε ασήμαντη.

 Από τις πειραματικές μετρήσεις,για τα υγρά όσο και για τα στερεά σώματα,μπορούμε να διατυπώσουμε την σχέση  και μπορούν να διατυπωθούν με μαθηματικά σύμβολα:

                                                                                   ΔV=V0•αν•Δθ

όπου: 

ΔV η μεταβολή του όγκου, 

V0 ο αρχικός όγκος,

Δθ η μεταβολή της θερμοκρασίας του σώματος,

αν είναι ο συντελεστής διαστολής όγκου του υλικού.

 Ο συντελεστής αν εξαρτάται από το υλικό και εκφράζει τη μεταβολή του όγκου ενός σώματος με αρχικό όγκο 1 m³ όταν η θερμοκρασία του μεταβληθεί κατά 1 °C.

Το υδραργυρικό θερμόμετρο

 Το υδραργυρικό θερμόμετρο αποτελείται από ένα μακρύ και λεπτό τελείως κλειστό υάλινο σωλήνα,στο ένα άκρο του οποίου υπάρχει ένα μικρό δοχείο,στην οποία περιέχεται ο υδράργυρος.Η διαστολή του όγκου του υγρού υδραργύρου είναι σχεδόν 8 φορές μεγαλύτερη από αυτή του γυαλιού.

Ο υδράργυρος διαστέλλεται όταν θερμανθεί, με αποτέλεσμα η άνοδος της θερμοκρασίας να προκαλεί την άνοδό του στο σωλήνα

 Ο υδράργυρος διαστέλλεται όταν θερμανθεί,με αποτέλεσμα η άνοδος της θερμοκρασίας να προκαλεί την άνοδό του στο σωλήνα.Ο σωλήνας προσαρτάται επάνω σε κατάλληλα βαθμολογημένη κλίμακα και από εκεί διαβάζονται οι ενδείξεις της θερμοκρασίας.Στο θερμόμετρο υδραργύρου όταν αυξάνεται η θερμοκρασία,αυξάνεται τόσο ο όγκος του γυάλινου δοχείου, όπου βρίσκεται ο υδράργυρος,όσο και ο όγκος του υδραργύρου.Όμως καθώς ο υδράργυρος διαστέλλεται πολύ περισσότερο,«ξεχειλίζει» από το γυάλινο δοχείο και ανεβαίνει στο λεπτό σωλήνα.

ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ

 Τα αέρια διαστέλλονται και συστέλλονται περίπου όπως τα στερεά και υγρά.Η διαφορά είναι ότι τα αέρια διαστέλλονται και συστέλλονται πολύ περισσότερο από τα υγρά και τα στερεά όταν απορροφούν θερμότητα.

Όταν θερμαίνουμε ένα αέριο τα μόρια του κινούνται πολύ πιο γρήγορα που έχει σαν αποτέλεσμα τα μόρια του αερίου προσπαθούν να αποκτήσουν περισσότερο χώρο για να κινηθούν πιο εύκολα

 Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα μόρια ενός αερίου κινούνται πολύ πιο γρήγορα και άτακτα όταν η θερμοκρασία του αερίου αυξάνεται.Έτσι λοιπόν τα μόρια ενός αερίου προσπαθούν να αποκτήσουν περισσότερο χώρο για να κινηθούν πιο εύκολα.

Φουσκώνουμε λίγο ένα μπαλόνι και ύστερα το τοποθετούμε πάνω από ένα σώμα θέρμανσης του σπιτιού μας.Παρατηρούμε ότι αυξάνεται ο όγκος του μπαλονιού  

 Για να μελετήσουμε την διαστολή των αερίων πραγματοποιούμε ένα απλό πείραμα.Φουσκώνουμε λίγο ένα μπαλόνι και ύστερα το τοποθετούμε πάνω από ένα σώμα θέρμανσης του σπιτιού μας.Παρατηρούμε ότι το μπαλόνι μεγαλώνει,δηλαδή αυξάνεται ο όγκος του μπαλονιού.

 Χρησιμοποιούμε την συσκευή του παρακάτω σχήματος.Όταν θερμάνουμε τον αέρα που περιέχεται στο κυλινδρικό δοχείο της βάσης,το έμβολο της σύριγγας ανυψώνεται.Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί αύξηση του όγκου δηλαδή διαστολή των αερίων όταν περιέχονται σε δοχείο με κινητά τοιχώματα.

Συσκευή για τη μελέτη της διαστολής των αερίων

 Έτσι λοιπόν με το πείραμα αυτό καταλήγουμε στο παρακάτω συμπέρασμα.
 Όταν η θερμοκρασία ενός αερίου μεταβάλλεται ενώ η πίεση του διατηρείται σταθερή, η αύξηση ή ελάττωση του όγκου του είναι ανάλογη με τον όγκο που έχει το αέριο στους 0 °C και με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του.

 Από τους 0° C μέχρι τους 273° C το αέριο μπορεί διπλασιάσει τον όγκο του.Γι' αυτό το λόγο πρέπει να ξεφουσκώνουμε λίγο τα λάστιχα των αυτοκινήτων το καλοκαίρι,για ν' αποφύγουμε την υπερβολική πίεση.

 Έχουμε αναφέρει ότι στα στερεά και στα υγρά,η μεταβολή του όγκου  εξαρτάται από το είδος του στερεού και υγρού αντίστοιχα.Αντίθετα στα αέρια η μεταβολή του όγκου δεν εξαρτάται από το είδος του αερίου.Σε όλα τα αέρια,όταν η θερμοκρασία μεταβληθεί κατά 1°C,χωρίς να αλλάξει η πίεσή τους,ο όγκος μεταβάλλεται κατά το 1/273 του όγκου που είχαν στους 0 °C.

Η διαστολή των αερίων προκαλεί τον άνεμο 

 Σε αντίθεση με τα στερεά και τα υγρά όλα τα αέρια διαστέλλονται και συστέλλονται σχεδόν το ίδιο στην ίδια μεταβολή της θερμοκρασίας.Όταν ένα αέριο διαστέλλεται η πυκνότητά του ελαττώνεται γιατί η ίδια μάζα καταλαμβάνει περισσότερο χώρο.

 Η διαστολή των αερίων είναι πολύ σημαντική στη μετεωρολογία.Η διαστολή των αερίων προκαλεί τον άνεμο,δηλαδή τα ρεύματα που δημιουργούνται μέσα στην ατμόσφαιρα,ο οποίος επηρεάζει τον καιρό και το κλίμα μιας περιοχής

ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΤΗΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ

 Η θερμική διαστολή και συστολή ερμηνεύεται με τη βοήθεια της θερμικής κίνησης των δομικών λίθων.Για να ερμηνεύσουμε τη διαστολή των στερεών,θεωρούμε ότι οι δομικοί λίθοι από τους οποίους αποτελούνται αλληλεπιδρούν σαν να συνδέονται μεταξύ τους με μικροσκοπικά ελατήρια.Επίσης θα πρέπει να υποθέσουμε ότι αυτά τα ελατήρια ευκολότερα επιμηκύνονται παρά συμπιέζονται.

Για να ερμηνεύσουμε τη διαστολή των στερεών, θεωρούμε ότι οι δομικοί λίθοι από τους οποίους αποτελούνται αλληλεπιδρούν σαν να συνδέονται μεταξύ τους με μικροσκοπικά ελατήρια

 Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία,οι δομικοί λίθοι ταλαντώνονται εντονότερα και τα ελατήρια συμπιέζονται και επιμηκύνονται περισσότερο από προηγουμένως.Όμως η επιμήκυνση τους είναι μεγαλύτερη από τη συμπίεση.

Η αύξηση του μήκους εξαρτάται από τις δυνάμεις μεταξύ των δομικών λίθων

 Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι δομικοί λίθοι τελικά να απομακρύνονται μεταξύ τους,δηλαδή το σώμα να διαστέλλεται.Άρα,κατά τη διαστολή δεν αυξάνονται οι διαστάσεις των δομικών λίθων,αλλά οι μεταξύ τους αποστάσεις.Δε διαστέλλονται οι δομικοί λίθοι,αλλά τα σώματα.
 Συνεπώς:
 Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία ενός σώματος,η θερμική κίνηση των μορίων του γίνεται πιο έντονη.Έτσι αυξάνεται η μέση απόσταση μεταξύ των μορίων και το σώμα διαστέλλεται.

Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία ενός σώματος,η θερμική κίνηση των μορίων του γίνεται πιο έντονη

 Στο σίδηρο κάθε δομικός λίθος αλληλεπιδρά ισχυρότερα με τους γειτονικούς του από όσο οι δομικοί λίθοι του αλουμινίου.Επομένως,οι δομικοί λίθοι του σιδήρου απομακρύνονται δυσκολότερα μεταξύ τους απ' ότι εκείνοι του αλουμινίου.Συνεπώς,η μεταβολή των διαστάσεων κατά τη διαστολή και τη συστολή εξαρτάται από το πόσο ισχυρά αλληλεπιδρούν μεταξύ τους οι δομικοί λίθοι του σώματος.Δηλαδή,από το είδος του υλικού.

Η αύξηση του μήκους  είναι ανάλογη με τον αριθμό των δομικών λίθων που παρεμβάλλονται μεταξύ των μορίων

 Στα αέρια,επειδή οι δομικοί λίθοι δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους,η μεταβολή του όγκου δεν εξαρτάται από το είδος του αερίου.Όσο το μήκος μιας ράβδου είναι μεγαλύτερο,τόσο περισσότεροι δομικοί λίθοι παρεμβάλλονται μεταξύ των άκρων της.Επομένως, κατά τη διαστολή η συνολική απομάκρυνση των δομικών λίθων είναι μεγαλύτερη.Άρα και η αύξηση του μήκους της ράβδου είναι,επίσης,μεγαλύτερη 

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΟΛΗ

 Έχουμε παρατηρήσει ότι ένα γυάλινο ποτήρι σπάει όταν χύσουμε σε αυτό καυτό νερό.Γενικά γυάλινα ή κεραμικά σκεύη όπως κρυστάλλινα ποτήρια ή φλιτζάνια κινδυνεύουν να σπάσουν,αν μεταβληθεί απότομα η θερμοκρασία τους,για παράδειγμα όταν πλυθούν με καυτό νερό.Για να αποφύγουμε αυτές τις ζημιές τα γυάλινα σκεύη που χρησιμοποιούμε για να ψήσουμε το φαγητά στο φούρνο της ηλεκτρικής κουζίνας είναι από πυρίμαχο γυαλί.

Ένα γυάλινο ποτήρι σπάει όταν χύσουμε σε αυτό καυτό νερό

 Κατά τη διαστολή η μεταβολή του μήκους ή του όγκου των σωμάτων είναι σχετικά μικρή,όταν όμως αυτή εμποδίζεται, εμφανίζονται έντονα μηχανικά φαινόμενα όπως το λύγισμα, το σπάσιμο κ.ά.Κατά τη διαστολή οι δομικοί λίθοι επεκτείνονται στο χώρο κι η επέκταση αυτή εκδηλώνεται ως τεράστια δύναμη διαστολής.Έτσι,όταν απότομα γεμίσουμε ένα ποτήρι με καυτό νερό,το εσωτερικό τοίχωμα του ποτηριού θερμαίνεται αμέσως και η θερμοκρασία του γίνεται πολύ μεγαλύτερη από εκείνη του εξωτερικού τοιχώματος.Το εσωτερικό τοίχωμα λοιπόν διαστέλλεται πιο έντονα από το εξωτερικό. Μία δύναμη από μέσα προς τα έξω προκαλεί ρωγμές στο ποτήρι.Αυτός είναι ο λόγος που τα γυάλινα σκεύη που χρησιμοποιούνται για το ψήσιμο των φαγητών κατασκευάζονται από ειδικό πυρίμαχο γυαλί (pyrex).Η διαστολή αυτού του είδους του γυαλιού είναι πολύ μικρότερη συγκριτικά με εκείνη του κοινού γυαλιού και έτσι το σκεύος δεν κινδυνεύει με θραύση.

Διάκενο ανάμεσα στις σιδηροτροχιές

 Οι δυνάμεις διαστολής μπορούν να προκαλέσουν παραμόρφωση στις σιδηροτροχιές κατά τους ζεστούς καλοκαιρινούς μήνες.Πριν πολλά χρόνια   αυτό αντιμετωπίστηκε με την ύπαρξη διάκενων μεταξύ των σιδηροτροχιών.Αυτά τα διάκενα προκαλούσαν ταλαντώσεις του τρένου που είχε σαν αποτέλεσμα οι επιβάτες να ζαλίζονται στο ταξίδι.Σήμερα στα διάκενα τοποθετούν κατάλληλο υλικό ώστε να διαστέλλεται ελάχιστα.Τέτοια διάκενα χρησιμοποιούνται και στις γέφυρες.

Όταν τα διάκενα ανάμεσα στις σιδηροτροχιές δεν είναι ορθά υπολογισμένα,οι γραμμές μπορεί να παραμορφωθούν σε μία ζεστή καλοκαιρινή μέρα,λόγω της θερμικής διαστολής

 Στο ηλεκτρικό ψυγείο η θερμοκρασία πρέπει να παρα­μένει σταθερή,όπως και στο φούρνο της ηλεκτρικής κουζίνας,στην πλάκα του ηλεκτρικού σίδερου σιδερώματος,στο ηλεκτρικό καλοριφέρ, στο νερό που ψύχει τον κινητή­ρα του αυτοκινήτου και σε πολλές ακόμα περιπτώσεις.Η ρύθμιση της θερμοκρασίας σε όλες αυτές τις συσκευές γίνεται με έναν κατάλληλο διακόπτη που ονομάζουμε θερ­μοστάτη.

Ο θερμοστάτης είναι μια συσκευή ελέγχου η οποία χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας είτε σε κάποια συσκευή είτε σε κάποιο χώρο

 Ο θερμοστάτης είναι μια συσκευή ελέγχου η οποία χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας είτε σε κάποια συσκευή είτε σε κάποιο χώρο.Αυτό επιτυγχάνεται όταν ο θερμοστάτης είναι συνδεδεμένος και ελέγχει ένα μηχανισμό θέρμανσης ή ψύξης.

 Αποτελείται από μια διάταξη ανίχνευσης της υπάρχουσας θερμοκρασίας,ένα είδος θερμομέτρου,ένα μηχανισμό ορισμού από το χρήστη της συσκευής της επιθυμητής θερμοκρασίας και τέλος ένα μηχανισμό ο οποίος ενεργοποιεί αυτόματα τον μηχανισμό ψύξης ή θέρμανσης τον οποίο ελέγχει.

ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

ΔΙΑΣΤΟΛΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Γνωρίζουμε ότι στα περισσότερα υγρά αύξηση της θερμοκρασίας τους έχει σαν αποτέλεσμα στη διαστολή τους,δηλαδή την αύξηση του όγκου τους.Το νερό όμως είναι ένα υγρό που διαφέρει από όλα τα άλλα υγρά.Όταν θερμαίνεται ορισμένη μάζα νερού από τους 0 °C έως 4 °C,ο όγκος του νερού ελαττώνεται αντί να αυξάνεται.Όταν συνεχιστεί η θέρμανση του νερού ώστε η θερμοκρασία του να παίρνει τιμές μεγαλύτερες από τους 4 °C,ο όγκος του συνεχώς αυξάνεται.

Οι μεταβολές του όγκου του νερού συναρτήσει με τη θερμοκρασία 

 Όταν ψύχεται ορισμένη μάζα νερού από τους 0 °C έως 4 °C,ο όγκος του νερού αυξάνεται αντί να μειώνεται.Στο παραπάνω σχήμα φαίνονται οι μεταβολές του όγκου του νερού συναρτήσει με τη θερμοκρασία.Παρατηρούμε λοιπόν ότι το νερό παρουσιάζει ανωμαλία στη διαστολή του με αποτέλεσμα ορισμένη μάζα του να έχει το μικρότερο όγκο στους 4 °C,όπως θα έπρεπε αν διαστελλόταν κανονικά.

Τα μόρια του νερού σε υγρή μορφή

 Παρατηρούμε επίσης ότι τα παγάκια επιπλέουν στο νερό.Ακόμα βλέπουμε ότι το παγόβουνο που επιπλέει στη θάλασσα.Πιο συγκεκριμένα το παγόβουνο επιπλέει,με περίπου τα 7/8 της μάζας του να βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια του νερού.

ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΤΗΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

 Τα δύο αυτά φαινόμενα οφείλονται στη πυκνότητα του πάγου που είναι μικρότερη από την πυκνότητα του νερού.Από αυτό καταλαβαίνουμε ότι όταν παγώσει  µία ποσότητα νερού,καταλαµβάνει µεγαλύτερο όγκο.

 Όταν το νερό γίνει πάγος,τα µόριά του σχηµατίζουν εξαγωνικούς κρυστάλλους.Έτσι στο κρύσταλλο δημιουργούνται πολλά κενά.Για αυτό λοιπόν όταν παγώσει μία ποσότητα νερού,καταλαμβάνει μεγαλύτερο όγκο.Στο γεγονός αυτό οφείλεται η ιδιόµορφη συµπεριφορά του νερού.

Τα μόρια του Πάγου.

 Η πυκνότητα του νερού δίνεται από τον τύπο ρ=m/V.Επειδή ο όγκος του μεταβάλλεται συμπεραίνουμε ότι και η πυκνότητα του νερού θα μεταβάλλεται σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία και θα έχει τη μεγαλύτερη τιμή στους 4 °C.

Όταν το νερό γίνει πάγος,τα  µόριά του σχηµατίζουν εξαγωνικούς κρυστάλλους. Έτσι στο κρύσταλλο δημιουργούνται πολλά κενά.Για αυτό λοιπόν όταν παγώσει μία ποσότητα νερού,καταλαμβάνει μεγαλύτερο όγκο

 Γνωρίζουμε ότι στη διάρκεια του χειμώνα τα επιφανειακά στρώματα του νερού των λιμνών και των ποταμών μετατρέπονται σε πάγο,ενώ τα βαθύτερα στρώματα εξακολουθούν να είναι υγρά και να βρίσκονται σε θερμοκρασία 4 °C περίπου.

Η κατανοµή της θερµοκρασίας του νερού µέσα σε µία λίµνη το καλοκαίρι και τον χειµώνα

 Πιο αναλυτικά εξηγείται ως εξής:

 Μεταξύ δυο στρωμάτων νερού αυτό που έχει τη μεγαλύτερη πυκνότητα βυθίζεται.Το χειμώνα το νερό,π.χ. μιας λίμνης,ψύχεται σιγά σιγά ώσπου να αποκτήσει όλο θερμοκρασία 4 °C.Όταν η ψύξη συνεχιστεί,τα επιφανειακά στρώματα αποκτούν θερμοκρασία π.χ. 3 °C,οπότε γίνονται ελαφρότερα από τα βαθύτερα στρώματα των 4 °C.Έτσι εξακολουθούν να παραμένουν στην επιφάνεια της λίμνης,όπου ψύχονται περισσότερο,και όταν φθάσουν στους 0 °C μετατρέπονται σε πάγο που επιπλέει στο νερό.

Γραφική παράσταση της πυκνότητας του νερού σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία.Παρατηρούμε ότι η πυκνότητα έχει τη μεγαλύτερη τιμή στους 4 °C.

 Τελικά μπορεί να σχηματισθεί πάγος στην επιφάνεια της λίμνης ή της θάλασσας,ενώ στο εσωτερικό η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη και μάλιστα 4 °C στον πυθμένα και το νερό διατηρείται στην υγρή μορφή.

ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

 Το φαινόμενο της ανώμαλης διαστολής του νερού έχει τεράστια οικολογική σημασία.

Το φαινόμενο της ανώμαλης διαστολής του νερού έχει τεράστια σημασία για την ζωή των υδροβίων φυτών και ζώων 

 Έχει μεγάλη σημασία για την ζωή των υδροβίων φυτών και ζώων στις λίμνες,στα ποτάμια και στις θάλασσες.

Έχει μεγάλη σημασία για την ζωή των υδροβίων φυτών και ζώων στις λίμνες, στα ποτάμια και στις θάλασσες, γιατί, αν το νερό συμπεριφερόταν όπως τα άλλα υγρά, θα πάγωνε όλη η λίμνη, το ποτάμι ή η θάλασσα και θα πέθαιναν τα φυτά και τα ζώα

 Αυτό γιατί,αν το νερό συμπεριφερόταν όπως τα άλλα υγρά,θα πάγωνε όλη η λίμνη,το ποτάμι ή η θάλασσα και θα πέθαιναν τα φυτά και τα ζώα.

 Σε μεγάλη παγωνιά στο εσωτερικό  μιας λίμνης ή μιας θάλασσας  η θερμοκρασία στον πυθμένα  είναι 4 °C

 Στο πολύ κρύο καταστρέφονται οι βλαστοί,τα κλαδιά και οι καρποί των δέντρων,γιατί το νερό που υπάρχει μέσα τους παγώνει και διαστέλλεται.

Σε μία λίμνη το χειμώνα μπορεί να σχηματισθεί πάγος στην επιφάνεια της ,ενώ στο εσωτερικό της διατηρείται στην υγρή μορφή

 Επίσης οι βράχοι θρυμματίζονται,όταν παγώνει το νερό που βρίσκεται στις κοιλότητες ή στις ρωγμές τους,γιατί το παγωμένο νερό διαστέλλεται και σπάει τους βράχους σε μικρά κομμάτια.