Giải chi tiết KHTN 8 Cánh diều mới bài 26: Sự nở vì nhiệt

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Tháp Eiffel (hình 26.1) được xây dựng tại Paris (Pa-ri) nước Pháp, là một công trình kiến trúc nổi tiếng toàn cầu. Tháp được làm bằng sắt. Khi xây xong tháp cao 325 m. Vào mùa đông và mùa hè, tháp có chiều cao chênh lệch khoảng 17 cm. Vì sao lại xảy ra hiện tượng như vậy?

Hướng dẫn trả lời:

Hiện tượng chênh lệch chiều cao của Tháp Eiffel giữa mùa đông và mùa hè có thể được giải thích bằng các yếu tố như sự co giãn và giãn nở của vật liệu và ảnh hưởng của nhiệt độ.

Tháp Eiffel được làm bằng thép, một vật liệu có tính chất co giãn và giãn nở theo nhiệt độ. Vào mùa đông, nhiệt độ thấp hơn so với mùa hè, làm cho vật liệu co lại và chiều cao của Tháp Eiffel giảm đi khoảng 17 cm. Trong khi đó, vào mùa hè, nhiệt độ cao hơn, vật liệu giãn nở và chiều cao của Tháp Eiffel tăng lên.

I. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT RẮN 

Câu hỏi 1: Khi nhận thêm hay mất bớt năng lượng nhiệt, kích thước của vật thay đổi thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Khi nhận thêm hay mất bớt năng lượng nhiệt, kích thước của vật tăng khi nhiệt độ của vật tăng, giảm khi nhiệt độ của vật giảm.

Câu hỏi 2: Chiều cao của tháp Eiffel vào mùa đông hay mùa hè lớn hơn? Vì sao?

Hướng dẫn trả lời:

Chiều cao của tháp Eiffel vào mùa hè lớn hơn. Vì vào mùa hè, nhiệt độ cao hơn, vật liệu giãn nở và chiều cao của Tháp Eiffel tăng lên.

II. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ

Câu hỏi 3: Chất lỏng và chất khí nở vì nhiệt như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Chất lỏng và chất khí đều có tính chất nở khi được nhiệt độ tăng lên. Tính chất này được gọi là sự giãn nở nhiệt độ hoặc sự mở rộng nhiệt độ.

Khi một chất lỏng hay khí được nhiệt độ tăng lên, các phân tử bên trong chất này bắt đầu di chuyển nhanh hơn, gây ra một sự chuyển động nhiều hơn và tạo áp suất lên các vách chứa chất này. Áp suất này sẽ tạo ra một lực đẩy lên các bề mặt của vách chứa, dẫn đến việc chất này nở ra và có thể làm thay đổi hình dạng và kích thước của vật chứa.

Câu hỏi luyện tập 1:  Chuẩn bị dụng cụ như hình 26.4, nếu đổ nước lạnh vào khay, hãy dự đoán sự thay đổi mực chất lỏng ở mỗi bình, sau đó làm thí nghiệm kiểm chứng dự đoán của em.

Hướng dẫn trả lời:

Câu hỏi 4: Dựa vào bảng 26.1, hãy nhận xét về sự nở vì nhiệt của các chất khí ở điều kiện áp suất không đổi.

Hướng dẫn trả lời:

Chất khí có thể nở rất nhiều, và khi nhiệt độ tăng lên đáng kể, chất khí có thể nở tới hàng trăm lần kích thước ban đầu của nó.

III. ỨNG DỤNG SỰ NỞ VÌ NHIỆT TRONG THỰC TIỄN

Câu hỏi luyện tập 3: Nêu một ví dụ về ứng dụng sự nở vì nhiệt của chất khí và giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

Khinh khí cầu. Những chiếc khinh khí cầu có thể bay lên nhờ không khí khi được đốt nóng giãn nở ra. Khiến cho khinh khí cầu nhẹ hơn và có thể bay lên cao.

Câu hỏi luyện tập 4: Ở nhiệt độ bình thường khoảng 20oC thanh băng kép có hình dạng thẳng như trong hình 26.5a.

• Nếu làm nóng thanh như ở hình 26.5b thì thanh thay đổi hình dạng như thế nào?
• Lắp thanh vào mạch điện hình 26.5c, sau đó làm nóng thanh thì có hiện tượng gì xảy ra?

Hướng dẫn trả lời:

Nếu làm nóng thanh như ở hình 26.5b thì thanh kim loại sẽ cong lên.

Lắp thanh vào mạch điện hình 26.5c, sau đó làm nóng thanh thì có hiện tượng băng kép cong về phía thanh nở ít hơn, vì vậy thanh kép được sử dụng để đóng ngắt tự động mạnh điện khi nhiệt độ thay đổi 

IV. TÁC HẠI CỦA SỰ NỞ VÌ NHIỆT

Câu hỏi vận dụng: Lọ thuỷ tinh có nắp xoay bằng sắt khi đề lâu ngày, rất khó dùng tay mở nắp. Nếu hơ nóng nắp sắt này rồi mới xoay thì xoay dễ dàng hơn. Giải thích vì sao?

Hướng dẫn trả lời:

Vì lọ và nắp được làm bằng hai loại vật liệu khác nhau, do đó chúng có hệ số giãn nở khác nhau. Vật liệu sắt sẽ giãn nở nhiều hơn thuỷ tinh khi được nhiệt lên, vì vậy khi bạn hơ nóng nắp sắt, nó sẽ giãn nở nhiều hơn lọ thuỷ tinh. Khi nắp sắt được giãn nở đủ, thì với lực xoay thường, nắp sẽ xoay dễ dàng hơn và dễ mở hơn.