Përshkruani veçoritë e zgjerimit termik të ujit. Zgjerimi termik i lëngjeve

Eksperimente të thjeshta dhe vëzhgimet na bindin se kur temperatura rritet, madhësitë e trupave rriten pak, dhe kur ftohen, ato zvogëlohen në madhësitë e tyre të mëparshme. Kështu, për shembull, një rrufe në qiell shumë e nxehtë nuk futet në fillin në të cilin futet lirshëm kur është i ftohtë. Kur buloni ftohet, ai rihyn në fije. Telat e telegrafit ulen dukshëm më shumë në mot të nxehtë të verës sesa gjatë ngricat e dimrit. Kur nxehet goditje elektrike teli zgjatet dhe ulet; Kur rryma është e fikur, ajo kthehet në pozicionin e saj të mëparshëm. Rritja e rënies, dhe për këtë arsye gjatësia e telave të tensionuar kur nxehen, mund të riprodhohet lehtësisht në mënyrë eksperimentale. Duke ngrohur telin e tensionuar me një rrymë elektrike, shohim se ai ulet dukshëm dhe kur ngrohja ndalon, shtrëngohet përsëri.

Kur nxehet, rritet jo vetëm gjatësia e trupit, por edhe dimensionet e tjera lineare. Ndryshimi në dimensionet lineare të një trupi kur nxehet quhet zgjerim linear. Nëse një trup homogjen (për shembull, një tub qelqi) nxehet në mënyrë të barabartë në të gjitha pjesët, atëherë ai zgjerohet dhe ruan formën e tij. E kundërta ndodh me ngrohjen e pabarabartë. Le ta konsiderojmë këtë përvojë. Tubi i qelqit është i pozicionuar horizontalisht dhe njëra skaj është e fiksuar. Nëse tubi nxehet nga poshtë, atëherë pjesa e sipërme e tij mbetet më e ftohtë për shkak të përçueshmërisë së dobët termike të xhamit.

A) Një pjatë e punuar me thumba nga shirita bakri dhe hekuri, në gjendje të ftohtë. b) E njëjta pllakë në gjendje të nxehtë (për qartësi, kthesa tregohet e ekzagjeruar) Kompensuesi në linjën e avullit lejon tubat A dhe B të zgjerohen. Kishte raste kur pjesë të urave prej hekuri, të thumbave gjatë ditës, ftohën gjatë natës dhe u shembën duke shkëputur ribatina të shumta. Për të shmangur fenomene të tilla, merren masa për të siguruar që pjesët e strukturave të zgjerohen ose tkurren lirshëm kur ndryshon temperatura. Për shembull, linjat e avullit të hekurit janë të pajisura me kthesa elastike në formën e sytheve.

Rritja e dimensioneve lineare shoqërohet me një rritje të vëllimit të trupave ( zgjerim vëllimor tel). Është e pamundur të flasim për zgjerim linear të lëngjeve, pasi lëngu nuk ka një formë të caktuar. Zgjerimi vëllimor i lëngjeve nuk është i vështirë për t'u vëzhguar. Mbushni balonën me ujë me ngjyrë ose lëng tjetër dhe mbylleni me një tapë me një tub qelqi në mënyrë që lëngu të hyjë në tub. Nëse sillni një enë me ujë i nxehtë, pastaj në fillim lëngu në tub do të bjerë dhe më pas do të fillojë të rritet. Një ulje e nivelit të lëngut në momentin e parë tregon që anija po zgjerohet së pari dhe lëngu nuk ka pasur ende kohë të ngrohet. Pastaj lëngu nxehet. a) Uji me ngjyrë hyri në tapë nga balona. b) Një enë me ujë të nxehtë sillet në balonë nga poshtë. Në momentin e parë të zhytjes së balonës, lëngu në tub zbret. c) Niveli në tub pas njëfarë kohe bëhet më i lartë se para ngrohjes së balonës.

Shembuj të zgjerimit të ujit në natyrë Substanca më e zakonshme në sipërfaqen e Tokës, uji, ka një veçori që e dallon atë nga shumica e lëngjeve të tjera. Zgjerohet kur nxehet vetëm mbi 4 °C. Nga 0 në 4 ° C, vëllimi i ujit, përkundrazi, zvogëlohet kur nxehet. Kështu, uji ka densitetin më të madh në 4 °C. Këto të dhëna i referohen ujit të freskët (kimikisht të pastër). U uji i detit dendësia më e lartë vërehet në rreth 3 °C. Rritja e presionit gjithashtu ul temperaturën dendësia më e lartë ujë. Karakteristikat e zgjerimit të ujit janë të një rëndësie të madhe për klimën e Tokës. Shumica(79%) e sipërfaqes së Tokës është e mbuluar me ujë. Rrezet e diellit, që bien në sipërfaqen e ujit, reflektohen pjesërisht prej tij, pjesërisht depërtojnë në ujë dhe e ngrohin atë. Nëse temperatura e ujit është e ulët, atëherë shtresat e nxehta (për shembull, në 2 °C) janë më të dendura se ato të ftohta (për shembull, në 1 °C), dhe për këtë arsye fundosen. Vendin e tyre e zënë shtresa të ftohta, të cilat nga ana tjetër nxehen. Kështu, ka një ndryshim të vazhdueshëm të shtresave të ujit, i cili kontribuon në ngrohjen uniforme të të gjithë kolonës së ujit derisa të arrihet temperatura që korrespondon me densitetin maksimal. Me ngrohje të mëtejshme, shtresat e sipërme bëhen gjithnjë e më pak të dendura, dhe për këtë arsye mbeten në krye. Si rezultat, shtresat e mëdha të ujit ngrohen relativisht lehtë rrezet e diellit vetëm deri në temperaturën e densitetit më të lartë të ujit; Ngrohja e mëtejshme e shtresave të poshtme vazhdon jashtëzakonisht ngadalë. Përkundrazi, ftohja e ujit në temperaturën e densitetit më të lartë ndodh relativisht shpejt. atëherë procesi i ftohjes ngadalësohet. E gjithë kjo çon në faktin se trupat e thellë të ujit në sipërfaqen e Tokës kanë, duke filluar nga një thellësi e caktuar, një temperaturë afër temperaturës së densitetit më të lartë të ujit (4 ° C). Shtresat e sipërme të deteve në vendet e ngrohta mund të kenë një temperaturë shumë më të lartë (30 ° C ose më shumë).

Zgjerimi termik - ndryshimi i përmasave dhe formës lineare të një trupi kur ndryshon temperatura e tij. Për të karakterizuar zgjerimin termik të trupave të ngurtë, futet koeficienti i zgjerimit termik linear.

Mekanizmi i zgjerimit termik të ngurta mund të përfaqësohet si më poshtë. Nëse sjellim në një trup të fortë energji termale, atëherë për shkak të dridhjes së atomeve në rrjetë, ndodh procesi i përthithjes së nxehtësisë. Në këtë rast, dridhjet e atomeve bëhen më intensive, d.m.th. rritet amplituda dhe frekuenca e tyre. Me rritjen e distancës ndërmjet atomeve, rritet edhe energjia potenciale, e cila karakterizohet nga potenciali ndëratomik.

Kjo e fundit shprehet me shumën e potencialeve të forcave refuzuese dhe tërheqëse. Forcat refuzuese midis atomeve ndryshojnë më shpejt me ndryshimet në distancën ndëratomike sesa forcat tërheqëse; Si rezultat, forma e kurbës minimale të energjisë rezulton të jetë asimetrike dhe distanca ndëratomike e ekuilibrit rritet. Ky fenomen korrespondon me zgjerimin termik.

Varësia energji potenciale ndërveprimi i molekulave dhe distanca ndërmjet tyre bën të mundur zbulimin e shkakut të zgjerimit termik. Siç mund të shihet nga Figura 9.2, kurba e energjisë potenciale është shumë asimetrike. Ajo rritet shumë shpejt (pjerrët) nga vlera minimale E p0(në pikë r 0) kur zvogëlohet r dhe rritet relativisht ngadalë me rritjen r.

Figura 2.5

Në zero absolute, në një gjendje ekuilibri, molekulat do të ishin në një distancë nga njëra-tjetra r 0 korrespondon vlerë minimale energji potenciale E p0. Ndërsa molekulat nxehen, ato fillojnë të dridhen rreth pozicionit të tyre të ekuilibrit. Gama e lëkundjeve përcaktohet nga vlera mesatare e energjisë E. Nëse kurba e potencialit do të ishte simetrike, atëherë pozicioni mesatar i molekulës do të korrespondonte me distancën r 0 . Kjo do të nënkuptonte një pandryshueshmëri të përgjithshme të distancave mesatare midis molekulave kur nxehen dhe, për rrjedhojë, mungesën e zgjerimit termik. Në fakt, kurba është asimetrike. Prandaj, kur energji mesatare, të barabartë , pozicioni mesatar i një molekule vibruese korrespondon me distancën r 1> r 0.

Një ndryshim në distancën mesatare midis dy molekulave fqinje nënkupton një ndryshim në distancën midis të gjitha molekulave në trup. Prandaj, madhësia e trupit rritet. Ngrohja e mëtejshme e trupit çon në një rritje të energjisë mesatare të molekulës në një vlerë të caktuar , etj. Në të njëjtën kohë, distanca mesatare midis molekulave gjithashtu rritet, pasi tani dridhjet ndodhin me një amplitudë më të madhe rreth pozicionit të ri të ekuilibrit: r 2 > r 1, r 3 > r 2 etj.

Në lidhje me trupat e ngurtë, forma e të cilave nuk ndryshon kur ndryshon temperatura (me ngrohje ose ftohje uniforme), bëhet dallimi midis një ndryshimi në dimensionet lineare (gjatësia, diametri, etj.) - zgjerimi linear dhe një ndryshim në vëllim. - zgjerim vëllimor. Lëngjet mund të ndryshojnë formën kur nxehen (për shembull, në një termometër, merkuri hyn në një kapilar). Prandaj, në rastin e lëngjeve, ka kuptim të flasim vetëm për zgjerimin vëllimor.

Ligji themelor i zgjerimit termik i trupave të ngurtë thotë se një trup me dimension linear L 0 kur temperatura e tij rritet me ΔT zgjerohet me një sasi Δ L, e barabartë me:

Δ L = αL 0 ΔT, (2.28)

Ku α - të ashtuquajturat koeficienti i zgjerimit termik linear.

Formula të ngjashme janë të disponueshme për llogaritjen e ndryshimeve në sipërfaqen dhe vëllimin e një trupi. Në rastin më të thjeshtë të paraqitur, kur koeficienti i zgjerimit termik nuk varet as nga temperatura dhe as nga drejtimi i zgjerimit, substanca do të zgjerohet në mënyrë uniforme në të gjitha drejtimet në përputhje të plotë me formulën e mësipërme.

Koeficient zgjerim linear varet nga natyra e substancës, si dhe nga temperatura. Megjithatë, nëse marrim parasysh ndryshimet e temperaturës brenda kufijve jo shumë të gjerë, varësia e α nga temperatura mund të neglizhohet dhe koeficienti i temperaturës së zgjerimit linear mund të konsiderohet një vlerë konstante për një substancë të caktuar. Në këtë rast, dimensionet lineare të trupit, si më poshtë nga formula (2.28), varen nga ndryshimi i temperaturës si më poshtë:

L = L 0 ( 1 +αΔT) (2.29)

Nga lëndët e ngurta, dylli zgjerohet më shumë, duke tejkaluar në këtë drejtim shumë lëngje. Në varësi të llojit, koeficienti i zgjerimit termik të dyllit është 25 deri në 120 herë më i madh se ai i hekurit. Nga lëngjet, eteri zgjerohet më shumë. Sidoqoftë, ekziston një lëng që zgjerohet 9 herë më fuqishëm se eteri - dioksidi i karbonit i lëngshëm (CO3) në +20 gradë Celsius. Koeficienti i tij i zgjerimit është 4 herë më i madh se ai i gazeve.

Xhami i kuarcit ka koeficientin më të ulët të zgjerimit termik midis lëndëve të ngurta - 40 herë më pak se hekuri. Një balonë kuarci e ngrohur në 1000 gradë mund të ulet në mënyrë të sigurt ujë akull pa frikë për integritetin e enës: balona nuk shpërthen. Diamanti gjithashtu ka një koeficient të ulët zgjerimi, megjithëse më i madh se ai i xhamit kuarc.

Nga metalet, lloji i çelikut që zgjerohet më pak quhet Invar koeficienti i tij i zgjerimit termik është 80 herë më i vogël se ai i çelikut të zakonshëm.

Tabela 2.1 më poshtë tregon koeficientët e zgjerimit vëllimor të disa substancave.

Tabela 2.1 - Vlera e koeficientit të zgjerimit izobarik të disa gazeve, lëngjeve dhe lëndëve të ngurta në presionin atmosferik

Pyetje kontrolli

1. Karakterizoni shpërndarjen e dridhjeve normale sipas frekuencës.

2. Çfarë është një fonon?

3. Shpjegoni kuptimi fizik Debye temperaturat. Çfarë e përcakton temperaturën e Debye për një substancë të caktuar?

4. Pse temperaturat e ulëta Kapaciteti i nxehtësisë së rrjetës së një kristali nuk mbetet konstant?

5. Si quhet kapaciteti termik i një trupi të ngurtë? Si përcaktohet?

6. Shpjegoni varësinë e kapacitetit të nxehtësisë së rrjetës kristalore Cresh nga temperatura T.

7. Merrni ligjin Dulong-Petit për kapacitetin e nxehtësisë molare të një grilë.

8. Merrni ligjin e Debye për kapacitetin e nxehtësisë molare të një rrjete kristalore.

9. Çfarë kontributi jep kapaciteti elektronik i nxehtësisë në kapacitetin termik molar të metalit?

10. Sa është përçueshmëria termike e një trupi të ngurtë? Si karakterizohet? Si ndodh përçueshmëria termike në rastet e metalit dhe dielektrikut.

11. Si varet nga temperatura përçueshmëria termike e një rrjete kristalore? Shpjegoni.

12. Përcaktoni përçueshmërinë termike gaz elektronik. Krahasoni χ el Dhe χ zgjidh në metale dhe dielektrikë.

13. Jepni një shpjegim fizik për mekanizmin e zgjerimit termik të trupave të ngurtë? A mund të jetë CTE negative? Nëse po, atëherë shpjegoni arsyen.

14. Shpjegoni varësinë nga temperatura e koeficientit të zgjerimit termik.

Bileta nr.3

“Zgjerimi termik i trupave. Termometri. Shkallët e temperaturës. Rëndësia e zgjerimit termik të trupave në natyrë dhe teknologji. Karakteristikat e zgjerimit termik të ujit"

Zgjerimi termik- ndryshimi i përmasave dhe formës lineare të një trupi kur ndryshon temperatura e tij.

Shkak: rritet temperatura e trupit -> rritet shpejtësia e lëvizjes së molekulave -> rritet amplituda e lëkundjeve -> rritet distanca ndërmjet molekulave, prandaj edhe madhësia e trupit.

Trupa të ndryshëm zgjerohen ndryshe kur nxehen, sepse masat e molekulave janë të ndryshme, prandaj, energjia kinetike dhe distancat ndërmolekulare ndryshojnë ndryshe.

Zgjerimi sasior termik i lëngjeve dhe gazeve në presion konstant karakterizuar vëllimore koeficienti i zgjerimit termik (β).

V=V0(1+β(tfinal-fillestar))

Ku V është vëllimi i trupit në temperaturën përfundimtare, V0 është vëllimi i trupit në temperaturën fillestare

Për të karakterizuar zgjerimin termik të trupave të ngurtë, futet edhe koeficienti lineare zgjerimi termik (α)

l=l0 (1+α(tfinal-fillestar))

Ku l është gjatësia e trupit në temperaturën përfundimtare, l0 është gjatësia e trupit në temperaturën fillestare

Termometri- pajisje për matjen e temperaturës

Veprimi i termometrit bazohet në zgjerimin termik të lëngut.

Shpikur nga Galileo në 1597.

Llojet e termometrave:

· Merkur (nga -35 në 750 gradë Celsius)

alkool (nga -80 në 70 gradë Celsius)

· pentan (nga -200 në 35 gradë Celsius)

Peshore:

Fahrenheit. Fahrenheit në 1732 - tubat e mbushura me alkool, më vonë kaluan në merkur. Zero e shkallës - temperatura e përzierjes së borës me amoniak ose kripë tryezë. Pika e ngrirjes së ujit është 32°F. Temperatura person i shëndetshëm– 96°F. Uji vlon në 212°F.

Celsius. Fizikani suedez Celsius në vitin 1742. Pika e ngrirjes së një lëngu është 0°C dhe pika e vlimit është 100°C

Shkalla Kelvin. Në 1848, fizikani anglez William Thomson (Lord Kelvin). Pikënisje - " zero absolute" - -273,15°С. Në këtë temperaturë, lëvizja termike e molekulave ndalon. 1°K=1°C

Në fakt, zero absolute nuk është e arritshme.

Në jetën e përditshme dhe teknologjinë zgjerimi termik është shumë i rëndësishëm. Në elektrike hekurudhatËshtë e nevojshme të ruhet tensioni i vazhdueshëm në telin që furnizon lokomotivat elektrike në dimër dhe verë. Për ta bërë këtë, tensioni në tela krijohet nga një kabllo, një skaj i të cilit është i lidhur me telin, dhe tjetri hidhet mbi një bllok dhe një ngarkesë pezullohet prej tij.

Kur ndërtohet një urë, njëra skaj i trastës vendoset në rula. Nëse kjo nuk bëhet, atëherë kur ajo zgjerohet në verë dhe tkurret në dimër, trapi do të lirojë mbështetëset mbi të cilat mbështetet ura.

Kur bëni llamba inkandeshente, një pjesë e telit që kalon brenda xhamit duhet të jetë prej një materiali koeficienti i zgjerimit të të cilit është i njëjtë me atë të xhamit, përndryshe mund të plasaritet.

Telat e linjës së energjisë nuk tensionohen kurrë për të shmangur thyerjen.

Tubacionet e avullit janë të pajisura me kthesa dhe kompensues.

Zgjerimi termik i ajrit luan një rol të madh rol në dukuritë natyrore. Zgjerimi termik i ajrit krijon lëvizje masat ajrore në drejtim vertikal (ngrohur, më pak ajër i dendur ngrihet lart, i ftohtë dhe më pak i dendur poshtë). Ngrohja e pabarabartë e ajrit në pjesë të ndryshme toka krijon erë. Ngrohja e pabarabartë e ujit krijon rryma në oqeane.

Gjatë ngrohjes dhe ftohjes shkëmbinj Për shkak të luhatjeve të temperaturës ditore dhe vjetore (nëse përbërja e shkëmbit është heterogjene), krijohen çarje, të cilat kontribuojnë në shkatërrimin e shkëmbinjve.

Substanca më e bollshme në sipërfaqen e Tokës është ujë- ka një veçori që e dallon nga shumica e lëngjeve të tjera. Zgjerohet kur nxehet vetëm mbi 4 °C. Nga 0 në 4 ° C, vëllimi i ujit, përkundrazi, zvogëlohet kur nxehet. Kështu, uji ka dendësinë e tij më të madhe në 4 °C. Këto të dhëna i referohen ujit të freskët (kimikisht të pastër). Uji i detit ka densitetin më të lartë në rreth 3 °C. Një rritje e presionit gjithashtu ul temperaturën e densitetit më të lartë të ujit.

Ndryshimi në dimensionet lineare të një trupi kur nxehet është në proporcion me ndryshimin e temperaturës.

Shumica dërrmuese e substancave zgjerohen kur nxehen. Kjo shpjegohet lehtësisht nga pikëpamja e teorisë mekanike të nxehtësisë, pasi kur nxehen, molekulat ose atomet e një lënde fillojnë të lëvizin më shpejt. Në trupat e ngurtë, atomet fillojnë të dridhen me amplitudë më të madhe rreth pozicionit të tyre mesatar në rrjetën kristalore, dhe ata kërkojnë më shumë hapësirë ​​të lirë. Si rezultat, trupi zgjerohet. Po kështu, lëngjet dhe gazet, në pjesën më të madhe, zgjerohen me rritjen e temperaturës për shkak të rritjes së shpejtësisë së lëvizjes termike të molekulave të lira ( cm. Ligji Boyle-Mariotte, Ligji i Charles, Ekuacioni i Gazit Ideal).

Ligji bazë i zgjerimit termik thotë se një trup me madhësi lineare L në dimensionin përkatës kur temperatura e tij rritet me Δ T zgjerohet me një sasi Δ L, e barabartë me:

Δ L = αLΔ T

Ku α — të ashtuquajturat koeficienti i zgjerimit termik linear. Formula të ngjashme janë të disponueshme për llogaritjen e ndryshimeve në sipërfaqen dhe vëllimin e një trupi. Në rastin më të thjeshtë të paraqitur, kur koeficienti i zgjerimit termik nuk varet as nga temperatura dhe as nga drejtimi i zgjerimit, substanca do të zgjerohet në mënyrë uniforme në të gjitha drejtimet në përputhje të plotë me formulën e mësipërme.

Për inxhinierët, zgjerimi termik është jetik. fenomen i rëndësishëm. Kur projektoni një urë çeliku përtej një lumi në një qytet me klimë kontinentale, është e pamundur të mos merren parasysh ndryshimet e mundshme të temperaturës që variojnë nga -40°C në +40°C gjatë gjithë vitit. Ndryshime të tilla do të shkaktojnë ndryshime gjatesia totale urë deri në disa metra, dhe në mënyrë që ura të mos ngrihet gjatë verës dhe të mos përjetojë ngarkesa të fuqishme tërheqëse në dimër, projektuesit e kompozojnë urën nga seksione të veçanta, duke i lidhur ato me të veçanta nyje buferike termike, të cilët janë rreshta dhëmbësh që lidhen, por nuk janë të lidhur fort, që mbyllen fort në nxehtësi dhe divergjojnë mjaft gjerësisht në të ftohtë. Aktiv urë e gjatë mund të ketë mjaft bufera të tillë.

Megjithatë, jo të gjitha materialet, veçanërisht lëndët e ngurta kristalore, zgjerohen në mënyrë të njëtrajtshme në të gjitha drejtimet. Dhe jo të gjitha materialet zgjerohen në mënyrë të barabartë kur temperatura të ndryshme. Shumica shembull i ndritshëm lloji i fundit- ujë. Kur uji ftohet, ai fillimisht tkurret, si shumica e substancave. Megjithatë, nga +4°C deri në pikën e ngrirjes 0°C, uji fillon të zgjerohet kur ftohet dhe tkurret kur nxehet (nga pikëpamja e formulës së mësipërme, mund të themi se në diapazonin e temperaturës nga 0°C në +4°C koeficienti i ujit të zgjerimit termik α pranon kuptim negativ). Kjo është falë këtij efekti të rrallë detet e tokës dhe oqeanet nuk ngrijnë deri në fund as në shumicën shumë ftohtë: uji më i ftohtë se +4°C bëhet më pak i dendur se uji më i ngrohtë dhe noton në sipërfaqe, duke zhvendosur ujin me temperaturë mbi +4°C në fund.

Çfarë ka akulli gravitet specifik më e ulët se dendësia e ujit është një tjetër (edhe pse jo e lidhur me atë të mëparshmen) veti anormale të ujit, së cilës i detyrohemi ekzistencës së jetës në planetin tonë. Nëse jo për këtë efekt, akulli do të zhytej në fund të lumenjve, liqeneve dhe oqeaneve, dhe ata, përsëri, do të ngrinin deri në fund, duke vrarë të gjitha gjallesat.

Për shumicën e substancave, vëllimi rritet kur shkrihet dhe zvogëlohet kur ngurtësohet, dhe dendësia e substancës gjithashtu ndryshon.

Dendësia e një lënde zvogëlohet gjatë shkrirjes dhe rritet gjatë ngurtësimit. Por ka substanca të tilla si, për shembull, silic, germanium, bismut, dendësia e të cilave rritet gjatë shkrirjes dhe zvogëlohet gjatë ngurtësimit. Këto substanca përfshijnë edhe akullin (ujin).

Përvoja tregon se uji ka dendësinë më të madhe në 4°C. Kjo shpjegohet me karakteristikat strukturore rrjetë kristali akull. Nëse në gjendje e lëngët molekulatH2O ndodhen afër njëra-tjetrës, atëherë gjatë kristalizimit rritet distanca ndërmjet molekulave të afërta dhe në kristalin ndërmjet molekulave krijohen “zbrazëtira”. Prandaj, dendësia e ujit është më e madhe se akulli dhe arrin vlerën më të lartë në 4°C kur temperatura rritet ose ulet nga 4°C, dendësia e ujit zvogëlohet dhe vëllimi rritet.

Për shkak të faktit se pothuajse 80% e sipërfaqes së Tokës është e mbuluar me ujë, karakteristikat e zgjerimit termik të saj kanë një ndikim të madh në klimën e Tokës. Kur ngrohni ujin në rezervuarë të hapur në një temperaturë prej 1-2 ° C, ka një ndryshim të vazhdueshëm të shtresave të ujit me temperatura të ndryshme. Kjo ndodh derisa* të arrihet temperatura që korrespondon me densitetin maksimal. Me ngrohje të mëtejshme, shtresat e sipërme bëhen më pak të dendura dhe për këtë arsye mbeten në krye. Kjo shpjegon faktin se në rezervuarët e thellë temperatura e ujit, duke filluar nga një thellësi e caktuar, është afër temperaturës së densitetit më të lartë të ujit.

Kjo veçori e zgjerimit termik të ujit shpjegon faktin se rezervuarët nuk ngrijnë deri në fund në dimër. Kur ftohet derisa temperatura e shtresës sipërfaqësore të arrijë 4°C, dendësia është më e madhe ujë të ngrohtë nën densitetin është më i ftohtë, kështu që uji më i ngrohtë ngrihet dhe uji më i ftohtë fundoset.

Në intervalin e temperaturës nga 0 në 4°C, vlerat e densitetit ndryshojnë: tani uji, i cili ka një temperaturë më të lartë, zhytet dhe uji më i ftohtë lëviz lart dhe, duke u ftohur, ngrin.

Zgjerimi i ujit gjatë ngrirjes çon në shkatërrimin e shkëmbinjve dhe enëve në të cilat ndodhet.

2. Efekt foto.

Në vitin 1900, fizikani gjerman Max Planck propozoi një hipotezë: drita emetohet dhe absorbohet në pjesë të veçanta - kuante (ose fotone). Energjia e çdo fotoni përcaktohet nga formula E = hv, ku h është konstanta e Planck-ut, e barabartë me6.63 10 J s, v - frekuenca e dritës. Hipoteza e Planck shpjegoi shumë fenomene: në veçanti, fenomenin e efektit fotoelektrik, i zbuluar në 1887 nga shkencëtari gjerman Heinrich Hertz dhe i studiuar eksperimentalisht nga shkencëtari rus Alexander Grigorievich Stoletov.

Efekti fotoelektrik është fenomeni i emetimit të elektroneve nga një substancë nën ndikimin e dritës. Nëse ngarkoni pjatë zinku të lidhur me elektrometrin, negativisht dhe ndriçojnë atë hark elektrik(Fig. 35), elektrometri do të shkarkohet shpejt.

Si rezultat i hulumtimit, u krijuan modelet e mëposhtme empirike:

- numri i elektroneve të emetuara nga drita nga sipërfaqja e një metali në 1 s është drejtpërdrejt proporcional me energjinë e valës së dritës të zhytur gjatë kësaj kohe;

- energjia kinetike maksimale e fotoelektroneve rritet në mënyrë lineare me frekuencën e dritës dhe nuk varet nga intensiteti i saj.

Përveç kësaj, u krijuan dy prona themelore.

Së pari, efekti fotoelektrik pa inerci: procesi fillon menjëherë në momentin e ndriçimit.

Së dyti, prania e një karakteristike minimale të frekuencës së secilit metalvmin - efekt fotografik i kufirit të kuq . Kjo frekuencë është e tillë që kurv< vmin Efekti fotoelektrik nuk ndodh në asnjë energji drite, por nësev > vmin, atëherë efekti fotoelektrik fillon edhe me energji të ulët.

Teoria e efektit fotoelektrik u krijua nga shkencëtari gjerman A. Einstein në 1905.

Teoria e Ajnshtajnit bazohet në konceptin e funksionit të punës së elektroneve nga një metal dhe konceptin e rrezatimit kuantik të dritës. Sipas teorisë së Ajnshtajnit, efekti fotoelektrik ka shpjegimin e mëposhtëm: duke thithur një sasi drite, një elektron fiton energji.hv . Kur largohet nga metali, energjia e çdo elektroni zvogëlohet me një sasi të caktuar, e cila quhetfunksioni i punës (Avyh). Funksioni i punës është puna e nevojshme për të hequr një elektron nga një metal.

Prandaj, energjia kinetike maksimale e elektroneve pas emetimit (nëse nuk ka humbje të tjera) është e barabartë me:tv /2 - hv - Avykh. Prandaj, . Ky ekuacion quhet ekuacioni i Ajnshtajnit.

Nësehv< Авых , atëherë efekti fotoelektrik nuk ndodh. Kjo do të thotë se kufiri i kuq i efektit fotoelektrik është i barabartë mevmin = A/ h .

Pajisjet e bazuara në efektin fotoelektrik quhen fotoqeliza. Pajisja më e thjeshtë e tillë është një fotocelë me vakum. Disavantazhet e një fotocelli të tillë janë rryma e ulët, ndjeshmëria e ulët ndaj rrezatimit me valë të gjatë, vështirësia në prodhim, pamundësia e përdorimit në qarqe. rrymë alternative. Përdoret në fotometri për të matur intensitetin e dritës, shkëlqimin, ndriçimin, në kinema për riprodhimin e zërit, në fototelegrafë dhe fotofona, në kontrollin e proceseve të prodhimit.

Ekzistojnë fotoqeliza gjysmëpërçuese në të cilat përqendrimi i bartësve të rrymës ndryshon nën ndikimin e dritës. Ato përdoren në kontrollin automatik të qarqeve elektrike (për shembull, në rrotullat e metrosë), në qarqet e rrymës alternative, si burime të rrymës jo të rinovueshme në orë, mikrokalkulatorë, makinat e para diellore janë duke u testuar dhe përdoren në bateritë diellore në satelitët artificialë të Tokës, stacionet automatike ndërplanetare dhe orbitale.

Fenomeni i efektit fotoelektrik lidhet me proceset fotokimike që ndodhin nën ndikimin e dritës në materialet fotografike.