- まずはザックリ理解したい
- イメージを優先したい
- 苦手を克服したい
このような方向けに解説をしていきます。
【今回わかること】
- 熱膨張とはなにか
- 線膨張と体膨張
- それぞれの公式
長さや体積が変わる熱膨張
その結果、長さや体積が増える。
これを熱膨張と呼びます。
冷やしたガラスのコップに熱湯を一気に入れると、コップが膨張して割れてしまうのも熱膨張が原因です。
熱膨張には2種類あるので、それぞれ見てみましょう。
長さが変化する「線膨張」の公式
温度によって固体の長さが変化することを線膨張と呼びます。
熱運動のようすが変わると、長さが少し変わってしまうのです。
| 温度 | 上がる | 下がる |
|---|---|---|
| 長さ | 長くなる | 短くなる |
電車が走っているレールには、所々すき間があります。
すき間を作っておかないと、夏に気温が高くなったときに、レールが膨張して歪んでしまう。
歪んだレールだと電車が脱線してしまいますよね？
物体の長さと温度のあいだには、つぎのような関係式が成り立ちます。
温度 \(t\) に代入する値を大きくすると、長さ \(l\) も大きくなるので、温度が高くなれば物体は長くなるというのがわかるでしょう。
ただし温度が上がっても、物体の長さは0.000001[m]程度しか変わりません。
目で見てわかるレベルではないですよね？
なので比例定数\(α\)を入れることで、伸びる量が小さくなるようにしてあります。
\(α\)のことを線膨張率と呼ぶので覚えておきましょう。
この線膨張率は、どんな物質でできているかで決まる値です。
「長さ」が変わるのは「線」膨張！
体積が変化する「体膨張」の公式
温度によって体積が変わることを体膨張と呼びます。
線膨張とおなじで、熱運動のようすが変わることが原因です。
| 温度 | 上がる | 下がる |
|---|---|---|
| 体積 | 膨張する | 収縮する |
空のペットボトルにふたをして、熱湯につけたり冷水につけたりすると、空気の体積が変化するのがわかるので実験してみましょう。
物体の体積と温度のあいだには、つぎのような関係式があります。
式の仕組みは線膨張と同じです。
\(β\)のことを体膨張率と呼び、物質ごとに決まった値を持っています。
「体積」が変わるのが「体」膨張！
まとめ
- 長さが変わるのは「線膨張」
- 体積が変わるのは「体膨張」
- 温度 \(t\) の係数をまとめて「熱膨張率」と呼ぶ
- 公式の仕組みは同じ