Πείραμα 1^ο

Για να δείξουμε την κυβική διαστολή των στερεών εκτελούμε το παρακάτω πείραμα.

Α. Απαιτούμενα όργανα

• Ένας λύχνος υγραερίου

• Μια συσκευή κατ' όγκο διαστολής

Β. Εκτέλεση του πειράματος

• Δείχνουμε ότι η σφαίρα της συσκευής μπορεί να περνά από το δακτύλιο. (α)

• Θερμαίνουμε τη σφαίρα στη φλόγα του λύχνου και παρατηρούμε ότι αυτή δεν περνά από το δακτύλιο.(β)

• Αφήνουμε τη σφαίρα, πάνω στο δακτύλιο, λίγη ώρα να κρυώσει, όποτε αυτή θα περάσει εκ νέου από το δακτύλιο.(εικόνα 1)

Γ. Συμπεράσματα

Τα στερεά σώματα όταν θερμαίνονται αυξάνουν τον όγκο τους δηλαδή διαστέλλονται, ενώ όταν ψύχονται ελαττώνουν τον όγκο τους δηλαδή συστέλλονται.

Στα υγρά έχουμε την απόλυτη και τη φαινομενική διαστολή. Απόλυτη είναι αυτή που γίνεται στην πραγματικότητα και έχει τύπο V = Vo (1+γαΔθ), όπου Vo, V ο αρχικός και ο τελικός όγκος του υγρού και γα ο απόλυτος συντελεστής διαστολής. Όταν όμως θερμάνουμε ένα υγρό μέσα σε δοχείο, με συντελεστή κυβικής διαστολής γδ, τότε η αύξηση του όγκου του υγρού που παρατηρούμε, δεν είναι η πραγματική, γιατί μαζί με τη διαστολή του υγρού, έπαθε διαστολή και το δοχείο.

Επομένως το υγρό φαίνεται ότι έχει συντελεστή διαστολής γσ μικρότερο του πραγματικού (κατά το γδ). Ο γσ ονομάζεται σχετικός συντελεστής διαστολής και ισχύει η σχέση γα = γσ + γδ.

Πείραμα 2^ο

Α. Απαιτούμενα όργανα

• Μια φιάλη σφαιρική με επίπεδο πυθμένα 500 cm³

• Πώμα ελαστικό διάτρητο

• Σωλήνας γυάλινος με διάμετρο 7-8 mm  και μήκος 25-30 cm.

• Υπερμαγγανικό κάλιο

• Ένας τρίποδας θέρμανσης

• Ένα πλέγμα αμιάντου

• Ένας λύχνος υγραερίου

• Ένα κομμάτι νήμα

• Ένα ποτήρι ζέσεως

Β. Συναρμολόγηση πειραματικής διάταξης.

1. Τοποθετούμε  το γυάλινο σωλήνα στην οπή του ελαστικού πώματος, προσέχοντας αυτός να μην υπερβεί την κάτω επιφάνεια του πώματος.

2. Βάζουμε μέσα στο ποτήρι νερό, στο οποίο διαλύουμε λίγη ποσότητα υπερμαγγανικού καλίου, μεταφέρουμε αυτό στη σφαιρική φιάλη, την οποία στη συνέχεια αφού γεμίσουμε τελείως την πωματίζουμε με το ελαστικό πώμα που έχει το γυάλινο σωλήνα.

Γ. Εκτέλεση του πειράματος

• Στο σημείο του σωλήνα στο οποίο έχει φθάσει η επιφάνεια του νερού, δένουμε ένα κομμάτι χρωματιστό νήμα και τοποθετούμε τη φιάλη πάνω στο πλέγμα, αφού ανάψουμε το λύχνο. Παρατηρούμε συντομότατα ότι το νερό ανεβαίνει μέσα στο σωλήνα καθώς διαστέλλεται.

• Κατεβάζουμε τη φιάλη από το πλέγμα και μεταφέρουμε το δείκτη στη νέα στάθμη του νερού μέσα στο σωλήνα. Παρατηρούμε ότι το νερό καθώς ψύχεται συστέλλεται και η επιφάνειά του κατεβαίνει μέσα στο σωλήνα.              

Δ. Συμπεράσματα

Τα υγρά όταν θερμένονται διαστέλλονται και όταν ψύχονται συστέλλονται(εικόνα 2)

Σημειώσεις

1. Κατά τη ψύξη του νερού η θερμοκρασία δεν πρέπει να κατέβει κάτω των 4^ο C, γιατί το φαινόμενο περιπλέκεται.

2. Όταν τοποθετήσουμε τη φιάλη στο πλέγμα αμιάντου, θα παρατηρήσουμε στην αρχή ότι το νερό μέσα στο σωλήνα κατεβαίνει εξαιτίας της διαστολής της φιάλης και μετά ανεβαίνει.

3. Εάν ο γυάλινος σωλήνας και το πώμα δεν έχουν καλή επαφή, το πείραμα αποτυγχάνει, γι'αυτό χρησιμοποιούμε κερί στα σημεία επαφής για να πετύχουμε την καλύτερη δυνατή στεγανότητα.

Τέλος, στην περίπτωση των αερίων, έχουμε διαστολή με σταθερή πίεση (Ρ = σταθερό) και ισχύει ο τύπος: V = Vo (1+αΔθ), όπου Vo, V ο αρχικός και ο τελικός όγκος, και διαστολή με σταθερό όγκο (V = σταθερό) όπου ισχύει ο τύπος Ρ = Ρο (1+αΔθ) και Ρο, Ρ είναι η αρχική και τελική πίεση του αερίου. Και στις δυο περιπτώσεις και για όλα τα αέρια α= 1/273 grad^-1 . Μπορούμε όμως να έχουμε και συνδυασμό των δυο προηγούμενων περιπτώσεων δηλαδή διαστολή αερίου με αύξηση και της πίεσης και του όγκου του.

Πείραμα 3⁰

Α. Απαιτούμενα όργανα

• Μια φιάλη σφαιρική 500cm³

• Πώμα ελαστικό διάτρητο

• Ένα γυάλινο σωλήνα με διάμετρο 7-8mm και μήκος 25-30cm

• Ένα ποτήρι ζέσεως 250cm

• Yπερμαγγανικό κάλιο

Β.Συναρμολόγηση πειραματικής διάταξης.

1.Προσαρμόζομε το γυάλινο σωλήνα στην οπή του ελαστικού πώματος,κατά τέτοιο τρόπο ώστε το κάτω άκρο αυτού να φθάσει σε απόσταση 2cm από τον πυθμένα της φιάλης,όταν αυτή πωματισθεί.

2.Βάζουμε μέσα στη φιάλη νερό χρωματισμένο με υπερμαγγανικό κάλιο τόσο,ώστε,όταν θέσουμε το πώμα,το κάτω άκρο του σωλήνα να βυθίζεται μέσα στο νερό.Πωματίζουμε τη φιάλη.

Γ.Εκτέλεση του πειράματος.

• Καλύπτουμε με τις παλάμες μας το τμήμα της φιάλης που βρίσκεται πάνω από το νερό.Παρατηρούμε ότι το νερό ανεβαίνει μέσα στο σωλήνα λόγω της διαστολής του αέρα που βρίσκεται πάνω απ'αυτό.

• Εκπωματίζουμε τη φιάλη και αφού την αδειάσουμε από το νερό την πωματίζουμε ξανά.Βυθίζουμε το πάνω άκρο του σωλήνα μέσα στο νερό,το οποίο έχουμε ήδη στο ποτήρι ζέσεως και καλύπτουμε τη φιάλη με τις παλάμες μας.Παρατηρούμε οτι από το βυθισμένο στο νερό άκρο του σωλήνα,βγαίνει αέρας με μορφή φυσαλίδων γιατί διεστάλη με την επαφή του με τις παλάμες μας.(τοιχώματα δοχείου)

• Αφήνουμε το κάτω άκρο του σωλήνα βυθισμένο μέσα στο νερό και αποσύρουμε τις παλάμες μας κρατώντας το δοχείο από το στόμιο.Το νερό ανεβαίνει μέσα στο σωλήνα γιατί ο αέρας που ψύχεται συστέλλεται.

Δ.Συμπεράσματα

Τα αέρια όταν θερμαίνονται διαστέλλονται και όταν ψύχονται συστέλλονται(εικόνα 3,εικόνα 4)