Giải chi tiết KHTN 8 kết nối mới bài 29: Sự nở vì nhiệt

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Tháp Eiffel bằng thép cao 324 m ở thủ đô Paris nước Pháp là tháp bằng thép nổi tiếng thế giới. Các phép đo chiều cao của tháp vào ngày 01/01/1890 và ngày 01/07/1890 cho thấy trong vòng 6 tháng tháp cao hơn thêm 10 cm. Chẳng lẽ một cái tháp bằng thép lại có thể “lớn lên” được? Em có thể giải thích được hiện tượng này không?

Hướng dẫn trả lời:

Tháp bằng thép không thể lớn lên được. Vì thép là chất rắn có tính chất nở ra khi nóng lên, co lại khi lạnh đi mà ở thời gian ngày 01/01/1890 là mùa đông có nhiệt độ thấp nên thép co lại và ngày 01/07/1890 là mùa hè có nhiệt độ cao hơn mùa đông nên thép nở ra. Do vậy, trong vòng 6 tháng từ mùa đông tới mùa hè tháp cao hơn thêm 10 cm.

I. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT RẮN

Hoạt động: Thí nghiệm
Người ta dùng thí nghiệm mô tả ở Hình 29.1 để tìm hiểu sự nở vì nhiệt của các chất rắn khác nhau (Hình 29.1).
- Ba thanh nhôm, đồng, sắt (1).
- Khay đựng cồn và tấm chắn đậy khay đựng cồn để đảm bảo các thanh tăng nhiệt độ giống nhau (2).
- Bộ phận ghi độ dãn nở của các thanh, mặt ghi vạch và kim chỉ thị (3).
- Khi đốt cồn trong khay, đậy nắp chắn lên khay, thì thấy các kim chỉ thị quay. Kim ứng với thanh nhôm quay nhiều nhất, kim ứng với thanh sắt quay ít nhất.
- Khi tắt đèn cồn các kim chỉ thị lại dần quay về vị trí cũ.

1. Từ thí nghiệm trên hãy rút ra nhận xét về sự nở vì nhiệt của các chất nhôm, đồng, sắt.
2. Nhận xét về sự nở vì nhiệt của các chất rắn khác nhau.

Hướng dẫn trả lời: 

1. Nhôm nở vì nhiệt nhiều hơn đồng, đồng nở vì nhiệt nhiều hơn sắt.
2. Các chất rắn khác nhau nở vì nhiệt khác nhau.

Câu hỏi: Hai thanh kim loại đồng, sắt được ghép chặt vào nhau tạo thành một băng kép. Hãy cho biết hình dạng của băng kép sẽ thay đối như thế nào khi:
a) Quay thanh kim loại cho mặt sắt ở dưới và hơ nóng bằng đèn cồn (Hình 29.2a).
b) Quay thanh kim loại cho mặt đồng ở dưới và hơ nóng bằng đèn cồn (Hình 29.2b).

Hướng dẫn trả lời: 

a) Băng kép cong xuống phía dưới (thanh đồng nằm ngoài vòng cong) chứng tỏ đồng nở vì nhiệt nhiều hơn sắt.
b) Băng kép cong lên phía trên (thanh động nằm ngoài vòng cong) chứng tỏ đồng nở vì nhiệt nhiều hơn sắt.

II. SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG

Hoạt động: Thí nghiệm

Chuẩn bị: Một bình thủy tinh đựng nước màu có ống thủy tinh xuyên qua nút; một chậu thủy tinh đựng nước nóng và một chậu thủy tinh đựng nước lạnh (Hình 29.3).

Tiến hành: 

1. Đặt bình thủy tinh vào chậu nước nóng. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra với nước màu trong ống thuỷ tinh.
2. Lấy bình thuỷ tinh từ chậu nước nóng ra đặt vào chậu nước lạnh. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra với nước màu trong ống thuỷ tinh.

Hướng dẫn trả lời: 

1. Đặt bình thủy tinh vào chậu nước nóng ta sẽ thấy nước màu trong ống thủy tinh dâng lên cao hơn so với lúc ban đầu. Vì khi đặt bình thủy tinh đựng nước màu vào chậu nước nóng thì bình thủy tinh nhận được năng lượng nhiệt và nhiệt độ trong bình thủy tinh bắt đầu tăng lên làm nước màu trong bình nở ra và dâng lên.
2. Lấy bình thủy tinh từ chậu nước nóng ra đặt vào chậu nước lạnh ta thấy nước màu trong ống thủy tinh tụt xuống dần. Vì bình thủy tinh đựng nước màu đang có nhiệt độ cao hơn chậu nước lạnh nên bình thủy tinh truyền nhiệt cho chậu nước lạnh làm nhiệt độ trong bình thủy tinh bắt đầu giảm dần làm nước màu trong bình co lại và tụt xuống.

Câu hỏi 1: Hình 29.4 mô tả thí nghiệm về sự nở vì nhiệt của các chất lỏng khác nhau. Hãy mô tả thí nghiệm và rút ra nhận xét về sự nở vì nhiệt của các chất lỏng khác nhau.

Hướng dẫn trả lời:

Nhúng đồng thời ba bình giống hệt nhau đựng nước, dầu và rượu vào chậu dựng nước nóng thì quan sát thấy mực chất lỏng ở ba bình đều dâng lên; thứ tự mực chất lỏng dâng lên (tăng dẫn): nước, dầu, rượu. Từ đó chứng tỏ các chất lỏng khác nhau nở vì nhiệt khác nhau; rượu nở vì nhiệt nhiều hơn dầu, dầu nở vì nhiệt nhiều hơn nước.

Câu hỏi 2: Tìm thêm ví dụ về sự nở vì nhiệt của chất lỏng.

Hướng dẫn trả lời: 

Ví dụ:
- Khi đun nước người ta không đổ thật đầy ấm vì khi đun, nước bên trong ấm sẽ nở ra, tác dụng lực đẩy vào nắp ấm làm nắp ấm bật ra và nước tràn ra.
- Khi ta đo nhiệt độ bằng nhiệt kế thủy ngân, thủy ngân nở ra vì nhiệt độ tăng và dâng lên trong ống.

III.SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA CHẤT KHÍ

Hoạt động: Thí nghiệm 
Chuẩn bị:
- Bình cầu với nút cao su có ống thủy tinh xuyên qua.
- Cốc nước màu.
Tiến hành:
- Nhúng đầu ống thủy tinh xuyên qua nút cao su và nước màu.
- Dùng ngón tay cái bịt chặt đầu còn lại của ống rồi rút ống ra khỏi nước sao cho trong ống còn giữ lại một giọt nước màu (Hình 29.6a).
- Lắp nút cao su có gắn ống thủy tinh trên vào bình cầu.
- Quan sát, mô tả và giải thích hiện tượng xảy ra đối với giọt nước màu trong ống thủy tinh khi chỉ cần xoa hai tay vào nhau rồi áp vào bình cầu.

Hướng dẫn trả lời:

- Khi xoa hai tay vào nhau rồi áp hai bàn tay vào bình cầu, ta thấy hiện tượng: Giọt nước màu trong ống thủy tinh đi lên.
- Giải thích: Khi ta xoa tay vào nhau thì hai lòng bàn tay ta nóng lên, sau đó áp hai tay vào bình cầu thì năng lượng nhiệt từ hai tay sẽ truyền sang bình cầu làm bình nóng lên dẫn tới không khí trong bình nở ra (tăng thể tích) và tác dụng lực đẩy lên giọt nước màu làm giọt nước màu đi lên.

Câu hỏi 1: Tại sao từ thí nghiệm trên ta có thể nói chất khí nở vì nhiệt nhiều hơn chất lỏng?

Hướng dẫn trả lời: 

Trong thí nghiệm ở Hình 29.6 chỉ cần áp hai tay vào bình cầu, không cần phải nhúng bình cầu vào nước nóng như thí nghiệm về sự nở vì nhiệt của chất lỏng, chứng tỏ chất khí nở vì nhiệt nhiều hơn chất lỏng.

Câu hỏi 2: Tìm ví dụ về sự nở vì nhiệt của chất khí

Hướng dẫn trả lời: 

- Khi nhúng quả bóng bàn bị móp vào trong nước nóng, nó sẽ phồng trở lại vì nước nóng làm cho khí trong quả bóng nở ra.
- Khi vừa rót đầy nước nóng vào phích,xong đậy nắp ngay, thấy nắp bị bật ra vì không khí trong phích gặp nhiệt độ nóng của nước sẽ nở ra đẩy nắp lên.

Câu hỏi 3: Dựa vào bảng 29.1 rút ra nhận xét về sự nở vì nhiệt của các chất khác nhau rắn, lỏng, khí 

Bảng 29.2. Độ tăng thể tích của 1 000 cm³ các chất khác nhau khi nhiệt độ tăng thêm 50^oC.

Hướng dẫn trả lời:

Từ Bảng 29.1 SGK, có thể nhận xét: chất khí nở vì nhiệt nhiều hơn chất lỏng, chất lỏng nở vì nhiệt nhiều hơn chất rắn. 

IV. CÔNG DỤNG VÀ TÁC HẠI CỦA SỰ NỞ VÌ NHIỆT

1. Công dụng 

Câu hỏi 1: Mô tả hoạt động của các loại băng kép trong hình 29.7b, c, d.

Hướng dẫn trả lời:

Đối với băng kép đóng ngắt mạch điện (Hình 29.7b SGK) và băng kép trong bàn là (Hình 29.74 SGK): Nhiệt độ tăng cao làm băng kép bị biến dạng, khi đó mạch điện tạm thời bị ngắt.
Đối với băng kép báo cháy (Hình 29.7c SGK): Nhiệt độ tăng cao làm băng kép cong lên và đóng mạch điện, khi đó dòng điện chạy qua chuông điện làm chuông điện kêu.

Câu hỏi 2: Tìm thêm ví dụ về công dụng về sự nở vì nhiệt

Hướng dẫn trả lời:

Ví dụ:
- Ở đầu cán (chuôi) dao, liềm bằng gỗ thường có một đai bằng sắt gọi là cái khâu dùng để giữ chặt lưỡi dao hay lưỡi liềm. Khi lắp khâu, người thợ rèn phải nung nóng khâu rồi mới tra vào cán vì khi được nung nóng, khâu nở ra dễ lắp vào cán, khi nguội đi khâu co lại xiết chặt vào cán.
- Khi nút thủy tinh của một lọ thủy tinh bị kẹt. Phải mở nút bằng cách làm nóng cổ lọ.

2. Tác hại

Câu hỏi 1: Tại sao chỗ nối tiếp giữa hai đầu thanh dây xe lửa hai đầu ống dẫn khí lại được cấu tạo như hình 29.8

Hướng dẫn trả lời: 

Chỗ nối tiếp hai đấu thanh ray xe lửa có một khe nhỏ (Hình 29,8a SGK) nhằm mục đích để khi nhiệt độ tăng cao, các thanh ray sẽ nở ra và không chạm vào nhau, hạn chế sự biến dạng của đường tàu. Chỗ nối hai đầu ống dẫn khí có cấu tạo cong (Hình 29,8b SGK) nhằm mục đích khi nhiệt độ tăng cao thì chỗ nối ống dẫn khí có đủ không gian để khi bên trong dãn nở ra, không gây tác động tới ống dẫn khí. 

Câu hỏi 2: Tìm ví dụ về tác hại của sự nở vì nhiệt

Hướng dẫn trả lời: 

Ví dụ:
- Khi nhiệt độ cao có thể làm cong các thanh sắt ở ray tàu hỏa.
- Người ta phải lợp mái tôn hình cong vì khi chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, mái tôn sẽ nở ra vì nhiệt và không làm xô lệch mái.