Bài 21: Một Số ứng Dụng Của Sự Nở Vì Nhiệt

Bài 21: Một số ứng dụng của sự nở vì nhiệt

I. Tóm tắt lý thuyết

1. Sự nở vì nhiệt của các chất

Sự co dãn vì nhiệt khi bị ngăn cản có thể gây ra những lực rất lớn.

Ví dụ 1:

- Dùng bông tẩm cồn đốt nóng thanh thép đã được lắp trên giá và chặn chốt ngang. Sau khi thanh thép đốt nóng, thép nở ra bẽ gãy chốt ngang.

- Thanh thép nở dài ra khi nóng lên.

- Hiện tượng xảy ra chứng tỏ khi dãn nở vì nhiệt, nếu bị ngăn cản thanh thép có thể sinh ra một lực rất lớn.

Ví dụ 2:

Lắp chốt ngang sang bên phải gờ chặn, dùng khăn lạnh làm nguội thanh thép.

⇒ Chốt ngang cũng bị bẻ gãy

2. Một số ứng dụng về sự nở vì nhiệt của các chất

Sự nở vì nhiệt của chất rắn, lỏng và khí có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và kĩ thuật. Ứng dụng để chế tạo băng kép (khi bị đốt nóng hay làm lạnh đều bị cong lại), đó là thiết bị tự động đóng ngắt mạch điện khi nhiệt độ thay đổi.

Trong kĩ thuật chế tạo và lắp đặt máy móc hoặc xây dựng công trình, người ta phải tính toán để khắc phục tác dụng có hại của sự nở vì nhiệt sao cho các vật rắn không bị cong hoặc nứt, gãy khi nhiệt độ thay đổi. Ví dụ : Đoạn nối các thanh ray xe lửa phải có khe hở, trên các công trình cầu, các ống kim loại dẫn hơi nước phải có đoạn uốn cong ...

II. Phương pháp giải

- Dựa vào tính dãn nở vì nhiệt của các chất, khi có vật cản sẽ tạo ra một lực rất lớn và đặc điểm của chúng để giải thích về cấu tạo các dụng cụ phục vụ trong đời sống và trong kĩ thuật, hay các hiện tượng trong thực tế.

- Dựa vào tính dãn nở khác nhau của các chất rắn khác nhau để giải thích sự hoạt động của băng kép khi thay đổi nhiệt độ.

- Dựa vào tính dãn nở khác nhau của các chất lỏng khác nhau để giải thích nên sử dụng chất lỏng nào ở trong nhiệt kế.

III. Bài tập trắc nghiệm

Bài 1: Tại sao chỗ tiếp nối của hai thanh ray đường sắt lại có một khe hở?

A. Vì không thể hàn hai thanh ray lại được.

B. Vì để vậy sẽ lắp các thanh ray dễ dàng hơn.

C. Vì khi nhiệt độ tăng thanh ray sẽ dài ra có chỗ giãn nở.

D. Vì chiều dài thanh ray không đủ.

Đáp án

Chỗ tiếp nối của hai thanh ray đường sắt lại có một khe hở vì khi nhiệt độ tăng thanh ray sẽ dài ra có chỗ giãn nở.

⇒ Đáp án C

Bài 2: Câu nào sau đây mô tả đúng cấu tạo của một băng kép?

A. Băng kép được cấu tạo từ hai thanh kim loại có bản chất khác nhau.

B. Băng kép được cấu tạo từ một thanh thép và một thanh đồng.

C. Băng kép được cấu tạo từ một thanh nhôm và một thanh đồng.

D. Băng kép được cấu tạo từ một thanh thép và một thanh nhôm.

Đáp án

Băng kép được cấu tạo từ hai thanh kim loại có bản chất khác nhau.

⇒ Đáp án A

Bài 3: Kết luận nào sau đây là đúng khi nói về ứng dụng của băng kép? Băng kép được ứng dụng

A. làm cốt cho các trụ bê tông

B. làm giá đỡ

C. trong việc đóng ngắt mạch điện

D. làm các dây điện thoại

Đáp án

Băng kép được ứng dụng trong việc đóng ngắt mạch điện theo nhiệt độ ví dụ như bàn là, nồi cơm điện…

⇒ Đáp án C

Bài 4: Có một băng kép được làm từ 2 kim loại là đồng và sắt (đồng nở vì nhiệt nhiều hơn sắt). Khi nung nóng, băng kép sẽ như thế nào?

A. Cong về phía sắt

B. Cong về phía đồng

C. Không bị cong

D. Cả A, B và C đều sai

Đáp án

Khi nung nóng, băng kép sẽ cong về phía sắt vì đồng nở vì nhiệt nhiều hơn sắt

⇒ Đáp án A

Bài 5: Băng kép được cấu tạo dựa trên hiện tượng nào dưới đây?

A. Các chất rắn nở ra khi nóng lên.

B. Các chất rắn co lại khi lạnh đi.

C. Các chất rắn khác nhau dãn nở vì nhiệt khác nhau.

D. Các chất rắn nở vì nhiệt ít.

Đáp án

Băng kép được cấu tạo dựa trên hiện tượng các chất rắn khác nhau dãn nở vì nhiệt khác nhau.

⇒ Đáp án C

Bài 6: Tại sao gạch lát ở vỉa hè có khoảng cách giữa các viên gạch lớn hơn so với các viên gạch được lát trong nhà? Hãy chọn câu trả lời đúng nhất.

A. Vì ngoài trời thời tiết rất nóng, phải chừa khoảng cách để có sự dãn nở giữa các viên gạch.

B. Vì lát như thế là rất lợi cho gạch.

C. Vì lát như thế mới hợp mỹ quan thành phố.

D. Cả A, B, C đều đúng

Đáp án

Gạch lát ở vỉa hè có khoảng cách giữa các viên gạch lớn hơn so với các viên gạch được lát trong nhà vì ngoài trời thời tiết rất nóng, phải chừa khoảng cách để có sự dãn nở giữa các viên gạch.

⇒ Đáp án A

Bài 7: Có nhận xét gì về mối quan hệ giữa độ dày của cốc thủy tinh và độ bền của cốc? Hãy chọn câu trả lời đúng.

A. Không có mối quan hệ gì giữa độ bền của cốc và độ dày của thủy tinh làm cốc.

B. Cốc thủy tinh mỏng bền hơn cốc thủy tinh dày vì sự dãn nở vì nhiệt ở mặt trong và mặt ngoài của cốc xảy ra gần như cùng một lúc.

C. Hai cốc bền như nhau vì cùng có độ dãn nở vì nhiệt như nhau.

D. Cốc thủy tinh dày bền hơn cốc thủy tinh mỏng vì được làm từ nhiều thủy tinh hơn.

Đáp án

Cốc thủy tinh mỏng bền hơn cốc thủy tinh dày vì sự dãn nở vì nhiệt ở mặt trong và mặt ngoài của cốc xảy ra gần như cùng một lúc.

⇒ Đáp án B

Bài 8: Băng kép đang thẳng, nếu làm cho lạnh đi thì nó bị cong về phía thanh thép hay thanh đồng? Tại sao?

A. Cong về phía thanh đồng vì đồng co vì nhiệt ít hơn thanh thép.

B. Cong về phía thanh đồng vì đồng co vì nhiệt nhiều hơn thanh thép.

C. Cong về phía thanh đồng vì đồng nở vì nhiệt nhiều hơn thanh thép.

D. Cong về phía thanh thép vì đồng co vì nhiệt nhiều hơn thanh thép.

Đáp án

Băng kép đang thẳng, nếu làm cho lạnh đi thì nó bị cong về phía thanh đồng vì đồng co vì nhiệt nhiều hơn thanh thép.

⇒ Đáp án B

Bài 9: Ba cốc thủy tinh giống nhau, ban đầu cốc A đựng nước đá, cốc B đựng nước nguội (ở nhiệt độ phòng), cốc C đựng nước nóng. Đổ hết nước và rót nước sôi vào cả ba cốc. Cốc nào dễ vỡ nhất?

A. Cốc A dễ vỡ nhất

B. Cốc B dễ vỡ nhất

C. Cốc C dễ vỡ nhất

D. Không có cốc nào dễ vỡ cả

Đáp án

Cốc A dễ vỡ nhất

⇒ Đáp án A

Bài 10: Hai cốc thủy tinh chồng lên nhau bị khít lại. Muốn tách rời hai cốc ta làm cách nào sau đây?

A. Ngâm cốc ở dưới vào nước nóng, đồng thời đổ nước lạnh vào cốc ở trên.

B. Ngâm cốc ở dưới vào nước lạnh, đồng thời đổ nước nóng vào cốc ở trên.

C. Ngâm cả hai cốc vào nước nóng.

D. Ngâm cả hai cốc vào nước lạnh.

Đáp án

Cho nước lạnh vào cốc nằm bên trên để cốc này co lại, đồng thời nhúng cốc bên dưới vào nước nóng để cốc này nở ra.

⇒ Đáp án A

Câu 11 :

Quan sát hiện tượng: Trên những đường ray xe lửa, người ta không đặt các thanh ray khác nhau nối liền mà lại lại đặt các khe hở giữa chúng (như hình vẽ).

Giải thích: Hệ thống đường sắt của nước ta rất dài, đặt một đoạn hở như vật thức là ta đã tiết kiệm được một lượng thép (thép làm đường ray) vô cùng to lớn.

A. Hiện tượng đúng - Giải thích đúng.

B. Hiện tượng đúng - Giải thích sai.

C. Hiện tượng sai - Giải thích đúng.

D. Hiện tượng sai - Giải thích sai.

Đáp án

Đáp án B

Giải thích: Hệ thống đường ray xe lửa được làm từ các thanh ray nối nhau, tuy nhiên giữa các thanh ray được để hở 1 đoạn mà không làm liền nhau. Người ta đặt một đoạn hở như vậy để khi nhiệt độ thay đổi (trời nóng lên, xe lửa chạy trên đường ray làm đường ray nóng lên ), thì thanh ray dãn nở ra sẽ dãn nở vào phần để hở này. Nếu các thanh ray nối liền không có khe hở thì khi dãn nở, thanh ray sẽ bị cong đi, làm hỏng đường ray và tàu chạy trên đó có thể gây ra tai nạn.

Câu 12 : Quan sát những tấm tôn để đóng nóc nhà, ta thấy chúng được làm dưới dạng lượn sóng hay dạng hình chữ u (như hình vẽ). Ba bạn Bình, Lan, Chi phát biểu:

Binh: Làm như vậy để làm tăng vẻ mỹ quan cho tôn, làm tôn có nhiều hình dáng khác nhau, tăng thêm vẻ đẹp của ngôi nhà.

Lan: Làm như vậy chủ yếu là để dễ thoát nước khi mưa.

Chi: Hai bạn quên rồi sao, dưới ánh nắng trưa gay gắt, tôn sẽ bị dãn nở. Họ (nhà sản xuất) làm như vậy để có đủ khoảng cách co dãn mà không bị bật đinh tróc mái hay làm cong những đà, kèo...

A. Chỉ có Bình đúng

B. Chỉ có Lan đúng

C. Chỉ có Chi đúng

D. Bình và Lan đúng

Đáp án

Đáp án C

Giải thích: Tôn lợp trên mái nhà, vào mùa hè, giữa trưa nắng gắt, nhiệt độ cao làm tôn bị dãn nở. Nhà sản xuất làm vật để tấm tôn có đủ khoảng cách co dãn mà không bị vong vênh, làm hỏng kèo, cột, đà …Bạn Chi giải thích đúng.

Câu 13 :

• Hiện tượng: Tại một số nhà máy lớn, hơi nóng được đưa lên từ lò áp suất đến nơi sử dụng bằng những đường ống dài và chắc chắn. Tại khúc nối giữa 2 đường ống vào với nhau người ta sử dụng co nối uốn cong (như hình vẽ).

• Giải thích: Khi dẫn hơi nóng, nhiệt độ của hơi làm chất rắn (ống) dãn nở ra, khiến ống bị cong, gãy, gây cháy nổ. Để tránh hiện tượng này người ta tạo ra những co uốn cong như vậy để tạo khoảng cách an toàn cho sự co dãn của ống.

A. Hiện tượng đúng - Giải thích đúng.

B. Hiện tượng đúng - Giải thích sai.

C. Hiện tượng sai - Giải thích đúng.

D. Hiện tượng sai - Giải thích sai.

Đáp án

Đáp án A

Giải thích:

Khi đường ống dẫn hơi nóng, nó bị dãn nở khiến ống bị cong, gãy, gây cháy nổ. Để tránh hiện tượng đó, người ta phải tạo ra các co uốn cong như vậy để tạo khoảng cách an toàn cho sự co dãn của ống.

Câu 14 : Một băng kép được làm bằng cách ghép một lá thép với một lá đồng. Khi được nung nóng thì băng kép sẽ

A. Nở dài ra.

B. Co ngắn lại.

C. Cong về hướng lá đồng.

D. Cong về hướng lá thép.

Đáp án

Đáp án D

Giải thích: Do đồng nở vì nhiệt nhiều hơn thép, nên khi nung nóng băng kép thép- đồng, lá đồng nở ra nhiều hơn lá thép, vì vậy băng kép sẽ bị cong về phía lá thép.

Câu 15 : Cũng băng kép trên nhưng bây giờ ta làm lạnh băng kép đi, băng kép sẽ:

A. Không thay đổi.

B. Cong về hướng lá thép.

C. Cong về hướng lá đồng.

D. Co ngắn lại.

Đáp án

Đáp án C

Giải thích: Do đồng nở vì nhiệt nhiều hơn thép, nên khi bị làm lạnh đi thì đồng co ngắn lại nhiều hơn thép. Do đó, băng kép thép – đồng được làm lạnh thì lá đồng co lại nhiều hơn lá thép, nên băng kép sẽ bị cong về hướng lá đồng.

Câu 16 :

• Xét hiện tượng: Trên mỗi cây cầu lớn (gồm nhiều nhịp), ở chính giữa mỗi nhịp người ta thường để những khoảng trống hoặc những khoảng trống này được đệm bằng những Joan bằng cao su.

• Gỉải thích: Cầu được đúc bằng bê tông cốt thép nên nó cũng chịu ảnh hưởng của sự nở vì nhiệt những khi thời tiết, nhiệt độ thay đổi, những khoảng trống này trừ hao cho những đà bê tông nở dài ra khiến cầu không bị cong, hay bị vặn.

A. Hiện tượng đúng - Lời giải thích đúng.

B. Hiện tượng đúng- Lời giải thích sai.

C. Hiện tượng sai - Lời giải thích đúng.

D. Hiện tượng sai - Lời giải thích sai.

Đáp án

Đáp án A

Giải thích: Cầu được làm bằng bê tông cốt thép, nên khi nhiệt độ ngoài trời thay đổi thì nó cũng bị dãn nở. Người ta cần làm các khoảng trống giữa các nhịp cầu để khi các nhịp dãn nở sẽ không làm cầu bị cong vênh, hay bị vặn.

Câu 17 : Ở những xứ lạnh, người ta thường gắn lò sưởi ở sát dưới mặt đất vì:

A. Dễ xử lý sự cố vì nhiệt hơn.

B. Dễ tiếp thêm nhiên liệu (than, củi, gas...).

C. Đã gắn máy lạnh ở trên cao rồi thì lò sưởi phải gắn ỗ dưới.

D. Không khí nóng nhẹ hơn nên nó sẽ được bốc lên cao. Chính vì vậy lò sưởi gắn ở dưới, không khí nóng lan tỏa khắp phòng nhiều hơn.

Đáp án

Đáp án D

Giải thích: Không khí nóng có khối lượng riêng nhẹ hơn nên nó sẽ bôc lên cao. Lò sưởi đặt dưới thấp để không khí nóng bay lên lan tỏa khắp phòng.

Câu 18 : Pit-tông và xi lanh là hai thiết bị hút và nén khí vào buồng đốt để tạo lực dẩy cho động cơ (động cơ đốt trong), như vậy cả pit-tông và xi lanh phải được làm bằng:

A. Cùng một chất liệu (kim loại đặc biệt) để cả hai có độ giãn nở như nhau.

B. Kim loại làm xilanh có độ giãn nở nhiều hơn kim loại làm pit-tông.

C. Kim loại làm xilanh có độ giãn nở ít hơn kim loại làm pit-tông.

D. Không cần thiết vì đã có bộ phận giải nhiệt

Đáp án

Đáp án A

Giải thích: Vì hệ pit-tông, xi lanh cần luôn được kín, vừa khít với nhau nên khi nhiệt độ tăng, cả pit-tông và xi lanh phải cùng dãn nở như nhau. Nên người ta phải làm cả pit-tông và xi lanh từ cùng loại vật liệu (kim loại đặc biệt) để cả hai có độ dãn nở như nhau.

Câu 19 :

• Hiện tượng: xem xét cấu tạo chiếc bán ủi (như hình vẽ), khi nhiệt độ tăng lên quá cao (quá nóng), băng kép sẽ bị cong lên phía trên, đẩy chốt A lên cao, tiếp điểm hở, mạch điện bị ngắt - Đây là công tắc tự dộng trong bàn ủi.

• Giải thích: Băng kép nói trên được cấu tạo bởi 2 lá kim loại mỏng thép và đồng được dán chặt vào nhau. Lá đồng ở mặt trên, lá thép ở mặt dưới. Khi nhiệt độ tăng cao, đồng nở vì nhiệt nhiều hơn thép, nên băng kép bị cong lên trên và đẩy chốt A lên cao.

A. Hiện tượng đúng, lời giải thích đúng.

B. Hiện tượng đúng, lời giải thích sai.

C. Hiện tượng sai, lời giải thích đúng.

D. Hiện tượng sai, lời giải thích sai.

Đáp án

Đáp án B

Giải thích:

Khi nhiệt độ bàn ủi quá cao, băng kép nóng lên, bị cong về phía trên, đẩy chốt lên cao và ngắt điện. Băng kép được làm bằng hai lá thép- đồng mỏng dán chặt vào nhau. Khi nóng lên, băng kép bị cong về phía thép (vì đồng dãn nở vì nhiệt nhiều hơn thép), nên lá thép phải ở trên, lá đồng ở dưới. Đây là công tắc tự động (rơ-le nhiệt) trong bàn ủi.

Câu 20 : Trong một dịp về miền quê chơi, ba bạn Bình, Lan, Chi quan sát một chiếc cầu bằng thép bắc ngang qua sông, thì thấy một đầu cầu được đặt cố định, đầu cầu còn lại được gối trên những con lăn như hình vẽ, 3 bạn phát biểu:

Bình: Làm như vậy để hạn chế độ rung của cầu khi có xe chạy qua.

Lan: Làm như vậy để tăng trọng tải cho cầu.

Chi: Làm như vậy để khi nhiệt độ môi trường thay đổi, cầu có bị dãn vì nhiệt (nở vì nhiệt), cầu không bị co giãn hay bị xoắn vặn.

A. Chỉ có Bình đúng.

B. Chỉ có Lan đúng.

C. Bình và Lan cùng đúng.

D. Chỉ có Chi đúng.

Đáp án

Đáp án D

Giải thích: Vì cầu trên được làm bằng thép, nên khi nhiệt độ môi trường thay đổi, cầu sẽ bị dãn nở. Con lăn làm để cầu dãn nở sẽ có thể dịch chuyển trên con lăn, không bị cong vênh hay vặn xoắn. Chỉ có Chi đúng.