Digitální učební materiál Autor: Ing. Bc. Pavel Kolář Předmět/vzdělávací oblast: Základy přírodních věd - Fyzika Tematická oblast: Termika Téma: Teplotní objemová roztažnost Ročník: 2. Datum vytvoření: září 2013 Název: VY_32_INOVACE_08.2.04.FYZ Anotace: Změna objemu těles v závislosti na teplotě. Anomálie vody. Metodický pokyn: Prezentace je primárně určena ke zkvalitnění výuky v hodinách fyziky, ale může být využita i k samostudiu nebo pro distanční formu vzdělávání. Otázky na konci tématu ověří u žáků pochopení probíraného učiva. Materiál vyžaduje použití multimediálních prostředků (PC a dataprojektoru).

Teplotní objemová roztažnost (Teplotní dilatace)

Teplotní objemová roztažnost Při změně teploty se mění objem tělesa; Setkáme se s ní u všech třech skupenství (pevné, kapalné, plynné); Kapaliny při zahřívání zvětšují svůj objem přibližně desetkrát více než pevné látky; Plyny při zahřívání zvětšují svůj objem přibližně desetkrát více než kapaliny.

Teplotní objemová roztažnost Změna objemu v závislosti na teplotě je dána vztahem: V1 je počáteční objem;  je teplotní součinitel objemové roztažnosti (  3);  t je teplotní rozdíl ( t = t2 – t1);;

Změna objemu v závislosti na teplotě Změna objemu při zahřátí tělesa: Konečný objem po zahřátí tělesa:

Změna hustoty v závislosti na teplotě Hustota tělesa: S teplotní objemovou roztažností je spojena i změna hustoty látek při zahřívání nebo ochlazování;

Anomálie vody V teplotním intervalu od 0 °C do 4 °C se při zahřívání objem vody zmenšuje a její hustota roste; Při teplotě 4 °C má voda Nejmenší objem; Největší hustotu; Toto výjimečné chování se nazývá anomálie vody. Obrázek 4.1 Anomálie vody

Obrázek 4.2 Důsledky anomálie vody V důsledku anomálie vody je v zimě v nižších vrstvách voda o teplotě 4 °C a u povrchu je voda chladnější; Zamrzání rybníku od vodní hladiny a ne ode dna umožňuje život vodních živočichů přes zimu. Obrázek 4.2 Důsledky anomálie vody

Obrázek 4.3 Hustota vody v pevném a kapalném skupenství Anomálie vody Voda při zmrznutí svůj objem zvětší, a proto má led menší hustotu než voda. Je lehčí a plave na hladině. Obrázek 4.3 Hustota vody v pevném a kapalném skupenství Zmrzlá voda v potrubí nebo ve zdivu  způsobuje  zvětšením svého objemu jeho popraskání.

Obrázek 4.4 Lékařský rtuťový teploměr Teplotní objemová roztažnost v praxi Obrázek 4.4 Lékařský rtuťový teploměr

Obrázek 4.5 Expanzní nádoba jako součást otopné soustavy Teplotní objemová roztažnost v praxi Obrázek 4.5 Expanzní nádoba jako součást otopné soustavy

Obrázek 4.6 Přiznaná dilatační spára betonové konstrukce Teplotní objemová roztažnost v praxi Obrázek 4.6 Přiznaná dilatační spára betonové konstrukce

Shrnutí nejdůležitějších poznatků S rostoucí teplotou se objem látek zvětšuje, při ochlazování zmenšuje; Změna objemu je přímo úměrná počátečnímu objemu V1 , koeficientu teplotní objemové roztažnosti  a změně teploty  t: Anomálie vody: V teplotním intervalu od 0 °C do 4 °C se při zahřívání objem vody zmenšuje a její hustota roste.

Otázky a úkoly Jak závisí objem tělesa na teplotě? S rostoucí teplotou se objem látek zvětšuje, při ochlazování zmenšuje. Popište princip lékařského kapalinového teploměru. Kapalina při zahřátí zvětší svůj objem, vystoupá kapilárou a výška sloupce ukáže na stupnici hodnotu teploty. Jak se mění hustota látek s teplotou?   V     V   Co je to anomálie vody? V čem spočívá její význam? V intervalu od 0 °C do 4 °C se při zahřívání objem vody zmenšuje a její hustota roste. Uveďte další příklady teplotní objemové roztažnosti. Například teplotní roztažnost krbové vložky, která se nikdy pevně nezazdívá.

Použité zdroje LEPIL, Oldřich, BEDNAŘÍK, Milan, HÝBLOVÁ, Radmila. Fyzika pro střední školy I. 4. vyd. Praha: Prometheus, 2004, 266 s. Učebnice pro střední školy. ISBN 80-7196-184-1. BEDNAŘÍK, Milan, KUNZOVÁ, Vlasta, SVOBODA, Emanuel. Fyzika II pro studijní obory SOU. 1. vyd. Praha: SPN, 1986, 216 s. Učebnice pro střední školy. Autorem obrázků, pokud není uvedeno jinak, je autor výukového materiálu.