LÄMPÖ JA ENERGIA

TULOSTETTAVA PDF

1. LÄMPÖ JA LÄMPÖTILA

2. LÄMPÖ SIIRTYY

3. LÄMPÖLAAJENEMINEN

4. ENERGIA SIIRTYY JA SÄILYY

5. ENERGIALÄHTEET

3 LÄMPÖLAAJENEMINEN

Lämpölaajeneminen

Kun laitat lämpömittarin kuumaan veteen, mittarin nestepatsas nousee. Näyttää siltä, että lämpömittariin tulisi lisää nestettä, vaikka se on suljettu. Tämä perustuu siihen, että aine laajenee lämmetessään. Kun laitat lämpömittarin kylmään, nestepatsas laskee, -mittarissa oleva neste kutistuu. Sama määrä ainetta vie suuremman tilavuuden korkeassa lämpötilassa kuin matalassa lämpötilassa.

Myös kiinteät aineet laajenevat lämpötilan noustessa. Samaa ainetta olevat kappaleet pitenevät lämmetessään suhteellisesti yhtä paljon. Lämpölaajeneminen otetaan huomioon esimerkiksi siltoja rakennettaessa. Sillan toinen pää lepää rullien päällä, jotka mahdollistavat sillan venymisen kesällä ja supistumisen talvella. 

Jokaiselle kiinteällä aineella on ns. pituuden lämpötilakerroin , joka ilmoittaa kuinka paljon metrin mittaisen kappaleen pituus muuttuu, kun lämpötila muuttuu yhdellä asteella.

Aine Pituuden lämpötilakerroin

Alumiini 0,000 023

Hopea 0,000 019

Kupari 0,000 017

Rauta 0,000 012

Betoni 0,000 012

Hiili 0,000 009

Lasi 0,000 008

Tiili 0,000 008

Puu 0,000 005 - 0,000 030

Metrin mittaisen alumiinitangon pituus kasvaa yhden asteen lämpötilan nousun seurauksena 0,000 023 metriä, eli 0,0023 cm, eli 0,023 mm. Muutos on varsin vähäinen, mutta jos lämpötila nouseekin sadalla asteella, kasvaa alumiinitanko 100 * 0,023 mm = 2,3 mm, jonka jo huomaa silmämääräisesti. 10 metrin tanko kasvaa siis vastaavasti 2,3 cm.

Kiinteiden kappaleiden ja nesteiden tilavuuksia voidaan muuttaa lämmittämällä, mutta vain hyvin vähän. Sen sijaan kaasut, jotka paljon harvempaa ainetta, pyrkivät itsestään laajenemaan. Ne pysyvät koossa vain umpinaisessa säiliössä. 

Tutkimuksia:

Lämpö laajentaa -kylmä kutistaa

Välineet
-ohut putki, esimerkiksi kardemummaputkilo
- kuumaa vettä kestävä astia
- kylmää ruokaöljyä
- vettä
- vedenkeitin
- spriitussi
- pakastin tai jäämurskaa
- tyhjä 1,5 litran limupullo
- ilmapallo

Koe 1. Nesteen laajeneminen

Kuumenna vesi vedenkeittimessä ja kaada se astiaan.

Laita ohueen putkeen noin 5 cm kylmää ruokaöljyä ja merkitse öljyn yläreuna tussilla. 

Laita putki kuumaan veteen ja pidä sitä siellä.
Mitä havaitset?
Mistä ilmiö johtuu?

( VASTAUKSIA)

Koe 2. Kaasun laajeneminen

Laita tyhjä 1,5 litran virvoitusjuomapullo ilman korkkia muutamaksi minuutiksi pakastimeen tai jäämurskan sekaan. Kun pullo on jäähtynyt, pingota sen suulle nopeasti ilmapallo. Valuta hanasta kuuma vettä pullon päälle. 
Mitä havaitset?
Mistä ilmiö johtuu?

Laita pullo ilmapalloineen takaisin kylmään.
Mitä havaitset?

( VASTAUKSIA)

Koe 3. Paukutteleva pullo

Välineet:
-lasinen virvoitusjuomapullo
- kahden tai yhden euron kolikko
- pakastin

Laita pullo pakastimeen muutamaksi minuutiksi.

Ota pullo pakastimesta pöydälle, kostuta sen suu ja aseta kolikko välittömästi sen suulle ikään kuin tulpaksi. Lämmitä pulloa käsillä puristaen. 

Mitä havaitset?
Mistä ilmiö johtuu?

( VASTAUKSIA)

Lämpölaajenemista ympärillämme

Mutkat putkissa

Pitkien putkistojen lämpötilan muutoksesta johtuva lämpölaajeneminen on ratkaistu tekemällä putkistoihin kuvan mukaisia mutkia, jolloin putkisto antaa periksi laajenemiselle.

Junan pyörä

Veturin pyörän kiinnittämisessä akseliin käytetään hyväksi lämpölaajenemista. Samassa lämpötilassa akseli on noin prosentin verran suurempi kuin pyörässä oleva reikä. Kun pyörä lämmitetään 240 asteiseksi se laajenee samoin reikä pyörässä myös laajenee. Tällöin akseli sijoitetaan pyörään ja annetaan jäähtyä. Siinä on ja pysyy, koska pyörän jälleen jäähtyessä reikä pienenee. 

Juuttunut korkki

Kiinni juuttuneen lasipurkin metallikanne saa helposti auki, kun lämmittää kantta kuumalla vedellä. Purkin kansi laajenee ja kansi aukeaa helposti.

Veden lämpölaajeneminen

Yleensä aine laajenee lämmetessään, mutta poikkeuksiakin on. Erityisesti 0-asteinen vesi supistuu lämmetessään 4 ºC:een asti ja alkaa vasta tämän jälkeen laajeta. Neliasteinen vesi on siten tiheintä ja raskainta. Tällä on tärkeä merkitys luonnossa. Syksyllä järvien vedet alkavat jäähtyä pinnalta. Kylmempi vesi on tiheämpää ja painuu pohjaan. Mutta 4 ºC:ssa tämä pystykierto lakkaa, koska vesi alkaakin kevetä jäähtyessään. Näin järvet pääsevät jäätymään vain pinnalta ja veden elämä voi jatkua yli talven. Järvien syvänteissä vesi on pysyvästi neliasteista.

1. Jos lasipurkin metallinen kansi ei aukea millään, valuta kannen päälle hetken aikaa kuuma vettä, niin se aukeaa helposti. Mistä ilmiö johtuu?

2. Miksi voimalinjojen johdot roikkuvat enemmän kesäisin kuin talvisin?

3. Tutki miten saunan lämpömittari toimii.

( VASTAUKSIA)

Koe 1. Nesteen laajeneminen

Mitä havaitset?
Öljyn pinta nousee.
Mistä ilmiö johtuu?
Öljy laajenee, kun se lämpenee. Ainut suunta, johon se voi laajentua on ylöspäin.

Koe 2. Kaasun laajeneminen

Mitä havaitset?
Ilmapallo pullistuu.
Mistä ilmiö johtuu?
Ilma laajenee kun, se lämpenee.

Laita pullo ilmapalloineen takaisin kylmään.
Mitä havaitset?
Ilmapallo palaa entiselleen, koska ilma tiivistyy.

Koe 3. Paukutteleva pullo

Mitä havaitset?
Kolikko kohoilee ja laskee.
Mistä ilmiö johtuu?
Ilma laajenee pullossa. Laajentunut ilma pääsee pois, kun kolikko nousee. Tämän jälkeen jäljelle jäänyt ilma laajenee, jne..

1. Kiinni juuttuneen lasipurkin metallikanne saa helposti auki, kun lämmittää kantta kuumalla vedellä. Purkin kansi laajenee ja kansi aukeaa helposti

2. Kesällä johdot lämpenevät. Kiinteät kappaleet laajenevat/venyvät, kun ne lämpenevät.

3. Saunan lämpömittarissa on kahdesta eri aineesta valmistettu liuska, esim. rauta ja messinki. Messinki laajenee enemmän kuin rauta. Näistä metalleista valmistettu kaksois metalliliuska taipuu lämmitettäessä ja sitä voidaan käyttää lämpötilan mittaamiseen.