Чому колеса потяга стукають. Пізнаємо природу – 6 клас. Гільберг

§6. Чому колеса потяга стукають

Одне добре слово може зігріти три зимових місяці.

Японське прислів’я

• Із чого складаються всі тіла?
• Які стани речовини ти знаєш? Назви властивості кожного стану.
• Назви відомі тобі переходи від одного стану до іншого.

Які явища називають тепловими. 

Розглянь малюнок 13. Із чим у тебе асоціюються явища, зображені на ньому?

Тепловий стан речовини залежить від швидкості руху молекул. Для характеристики міри нагрітості тіла використовують величину, яка має назву температура.

Цікаво. Максимальну температуру людини зареєстровано 1980 року в Америці. Після теплового удару 52-річний чоловік потрапив до лікарні, де у нього зафіксували температуру 46,5 °С. Потерпілий вижив і через два тижні вийшов з лікарні. Цей феноменальний випадок занесено до Книги рекордів Гіннесса.

Явища, пов’язані з нагріванням і охолодженням, переходом речовини з одного стану в інший, називають тепловими явищами.

Наведіть приклади нагрівання й охолодження тіл у природі.

У природі тепло завжди передається від більш нагрітих тіл до менш нагрітих, поки їхня температура не стане однаковою. Тепло ще називають тепловою енергією.

Головним джерелом теплової енергії на Землі є Сонце. Навіть такі корисні копалини, як газ, вугілля, які у процесі згорання дають тепло, також утворюються під дією сонячного тепла. Сонце нагріває земну поверхню, а вона, у свою чергу, нагріває повітря. Вночі, коли немає сонця, земля охолоджується, відповідно стає прохолоднішим і повітря.

Для вимірювання температури людського тіла інколи використовують термометри з небезпечною для здоров’я речовиною – ртуттю. Будьте обережні під час користування такими термометрами. Заборонено такі термометри викидати у смітник.

Користуючись інтернет-джерелами, дізнайтесь, чим ртуть небезпечна для навколишнього середовища.

Що відбувається з тілами і речовинами під час нагрівання чи охолодження. 

Спробуємо дізнатися, як поводять себе тіла чи речовини, коли їх нагрівають або охолоджують.

Демонстраційний дослід 1. Теплове розширення твердих тіл

Візьмемо металеву кульку, нагріємо її на нагрівнику й пропустимо через кільце, закріплене на штативі. У нагрітому стані кулька не проходить крізь кільце (мал. 14, А). Після охолодження кулька крізь кільце проходить (мал. 14, Б).

Під час нагрівання молекули рухаються швидше, відстань між ними збільшується, в результаті розміри металевої кульки ненабагато збільшились.

Поясніть, чому після охолодження кулька пройшла крізь кільце.

Демонстраційний дослід 2. Теплове розширення рідини

Наповніть колбу водою і закрийте її корком, у який вставлено скляну трубку так, щоб частина рідини була в трубці (мал. 15, А). Якщо воду в колбі нагріти, то через деякий час можна помітити підвищення рівня води в трубці (мал. 15, Б).

Демонстраційний дослід 3. Теплове розширення повітря

Колбу заповнено повітрям. Нагріваючись, повітря в колбі розширюється, й деяка його частина виходить з колби – біля отвору трубки утворюються бульбашки повітря (мал. 16).

Демонстраційні досліди підтверджують, що в разі зміни температури розміри (об’єм) твердих тіл, рідких і газуватих речовин змінюються. Під час нагрівання вони розширюються, під час охолодження, навпаки, звужуються. Це пояснюється тим, що під час їхнього нагрівання збільшуються проміжки між молекулами та інтенсивність коливань молекул або атомів. А під час охолодження молекули рухаються повільніше і проміжки ними зменшуються.

Подивіться відео, в яких демонструється теплове розширення тіл і речовини в різних агрегатних станах.

Теплове розширення твердих тіл


Теплове розширення рідини


Теплове розширення газів

Після перегляду відеоматеріалів зробіть висновок, чи однаково розширюються тіла і речовини в різних агрегатних станах. У якому стані розширення проявляється найбільше?

Де проявляється і використовується теплове розширення. 

Зміну розмірів тіл і речовин залежно від температури широко використовують у побуті і техніці.

Розглянь зображення на малюнку 17. Рідина в тонкій трубці термометра підіймається вгору внаслідок її розширення під час нагрівання та опускається, коли термометр міряє низькі температури. Електрична праска, чайник автоматично вимикаються, коли нагріваються до певної температури. У цих приладах використовують спеціальні дві металеві пластини, виготовлені з різних металів, принцип дії яких ґрунтується на розширенні під час нагрівання.

Розширення теплого повітря допомагає рівномірно прогріти квартиру, остудити продукти в холодильнику, провітрити помешкання.

Унаслідок того, що поверхня землі прогрівається нерівномірно, повітря поблизу цієї поверхні розширюється теж нерівномірно. Таке нерівномірне розширення є однією з причин утворення вітру, а отже, впливає на погоду. Нерівномірне прогрівання морів і океанів спричиняє появу течій, які впливають на клімат у різних регіонах.

Вода має цікаву унікальну властивість. Під час охолодження на певному інтервалі температур її об’єм не зменшується, як у всіх рідин, а збільшується.

Цікаво. На відміну від інших рідин, вода, коли замерзає, розширюється до 9 %. Це часто стає причиною пошкодження водопровідних труб та посуду, в якому зберігають воду.

Як теплове розширення і стискання може руйнувати. 

Теплове розширення як допомагає людині, так і шкодить.

Розширення і стискання тіл за різних температур слід обов’язково брати до уваги під час будівництва мостів, веж і ліній електропередач, прокладання труб опалення, укладання залізничних рейок, виготовлення залізобетонних конструкцій. Деталі технічних приладів від теплового видовження або скорочення втрачають щільність або заклинюються, будівлі просідають та руйнуються, у них з’являються розколи (мал. 18).

Під час будівництва залізниці металеві рейки укладають таким чином, що між ними залишається маленький проміжок. Улітку, коли тепло, метал розширюється, рейки трохи видовжуються. Якби не було проміжків між кожною рейкою, це призвело б до пошкодження залізничної колії. Саме тоді, коли металеві колеса вагонів проїжджають через такі невеликі проміжки між рейками, ми чуємо стукіт коліс.

Обговоріть у парах, у яку пору року проміжки між рейками залізничної колії більші. Відповідь обґрунтуйте.

Коротко про головне

• Нагрівання, охолодження, плавлення, тверднення – все це теплові явища.
• Під час нагрівання тіла і речовини розширюються, під час охолодження – стискаються.
• Теплове розширення й стискання впливає на природні явища, а також це явище використовують у побуті й техніці.
• Розширення і стискання тіл за різних температур має негативні наслідки.

Перевіряємо себе

1. Для чого на стиках трамвайних і залізничних рейок залишають проміжки?
2. У яку пору року лінії електропередач провисають більше? Чому?
3. Чому водойма замерзає зверху, а під льодом залишається вода у рідкому стані?
4. Як теплове розширення повітря допомагає рівномірно прогріти кімнату?
5. Оціни свою роботу на уроці, продовж речення: Мені було цікаво, тому що…; У мене виникали запитання під час…; Я взяв/-ла з уроку для себе … .

Порожню пластикову пляшку об’ємом 0,5 л без кришки покладіть у холодильник (можна в морозильну камеру) на 2-3 год. У прозору склянку налийте воду, підігріту до 40-50 °С. Дістаньте пляшку й поставте її горлом у теплу воду. Спостерігайте, що відбувається. Запишіть етапи проведеного досліду. Можна зняти відео.

Зміст