Γιατί τα στερεά επεκτείνονται και συμβάλλουν με τις αλλαγές στη θερμοκρασία;

Τα στερεά επεκτείνονται και συμβάλλουν με αλλαγές στη θερμοκρασία λόγω της συμπεριφοράς των συστατικών τους μορίων. Εδώ είναι μια κατανομή:

Η μοριακή εικόνα:

* Θερμότητα και μοριακή κίνηση: Η θερμοκρασία είναι ένα μέτρο της μέσης κινητικής ενέργειας των μορίων μέσα σε μια ουσία. Όταν θερμαίνετε ένα στερεό, αυξάνετε την κινητική ενέργεια των μορίων του. Αυτό σημαίνει ότι τα μόρια δονείται πιο έντονα και κινούνται πιο μακριά.

* Διαμοριακές δυνάμεις: Τα μόρια σε ένα στερεό συγκρατούνται από ισχυρές διαμοριακές δυνάμεις (όπως ιοντικοί δεσμοί, ομοιοπολικοί δεσμοί ή μεταλλικοί δεσμοί). Αυτές οι δυνάμεις αντιστέκονται στην επέκταση που προκαλείται από αυξημένη μοριακή κίνηση, αλλά δεν μπορούν να την αποτρέψουν εντελώς.

* επέκταση: Καθώς τα μόρια δονείται πιο έντονα, πιέζουν μεταξύ τους, αυξάνοντας τη μέση απόσταση μεταξύ τους. Αυτή η αυξημένη απόσταση οδηγεί σε συνολική επέκταση του στερεού.

* Σύσπαση: Αντίθετα, όταν δροσίζετε ένα στερεό, μειώνετε την κινητική ενέργεια των μορίων του. Αυτό μειώνει τη δόνηση και επιτρέπει στις διαμοριακές δυνάμεις να τραβήξουν τα μόρια πιο κοντά, με αποτέλεσμα τη συστολή.

Βασικά σημεία:

* Συντελεστής θερμικής επέκτασης: Ο βαθμός στον οποίο ένα στερεό επεκτείνεται ή συμβαδίζει με τις μεταβολές της θερμοκρασίας ποικίλλει ανάλογα με το υλικό. Αυτό ποσοτικοποιείται από τον συντελεστή θερμικής διαστολής. Ορισμένα υλικά (όπως ο χάλυβας) επεκτείνονται περισσότερο από άλλα (όπως το γυαλί) για την ίδια αλλαγή θερμοκρασίας.

* Πρακτικές εφαρμογές: Η θερμική επέκταση των στερεών έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές:

* Γέφυρες και κτίρια: Οι αρθρώσεις επέκτασης ενσωματώνονται σε γέφυρες και κτίρια για να ικανοποιήσουν τις μεταβολές του μήκους λόγω διακυμάνσεων της θερμοκρασίας, εμποδίζοντας τις βλάβες.

* Θερμόμετρα: Τα υγρά επεκτείνονται περισσότερο από τα στερεά. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα θερμομέτρια υγρού σε γυαλί λειτουργούν.

* Διμεταλικές λωρίδες: Αυτές οι λωρίδες είναι κατασκευασμένες από δύο μέταλλα με διαφορετικούς συντελεστές θερμικής διαστολής. Όταν θερμαίνονται, η λωρίδα κάμπτεται λόγω των διαφορετικών ρυθμών επέκτασης, αποτελώντας τη βάση των θερμοστάτων και άλλων συσκευών.

Στην ουσία, η επέκταση και η συστολή των στερεών με αλλαγές θερμοκρασίας είναι άμεση συνέπεια της αλληλεπίδρασης μεταξύ της αυξημένης μοριακής κίνησης που προκαλείται από τη θερμότητα και των δυνάμεων ανθεκτικών των διαμοριακών δεσμών.