Вопрос школьника
Три цилиндра одинаковой массы с одинаковыми поперечными сечениями, сделанные из Аl (алюминия), Fe (железа), РЬ (свинца), нагретые до температуры 100 °С в кипящей воде, ставятся сверху на блок твёрдого парафина.
Опишите, что произошло затем.
Ответ от учителя
При нагревании цилиндров до температуры 100 °C в кипящей воде, они набрали теплоты и стали расширяться. Так как все цилиндры имеют одинаковые поперечные сечения, то их объемы увеличились пропорционально. Однако, так как каждый цилиндр сделан из разных материалов, то их коэффициенты линейного расширения будут различными.
Коэффициент линейного расширения алюминия (Al) составляет 23,1 × 10^-6 K^-1, железа (Fe) — 11,7 × 10^-6 K^-1, свинца (Pb) — 29,1 × 10^-6 K^-1. Таким образом, свинцовый цилиндр расширится больше всего, затем алюминиевый, а железный — меньше всего.
При размещении цилиндров на блоке твердого парафина, который является твердым телом, произойдет передача теплоты от цилиндров к блоку. Парафин, как и любое другое твердое тело, имеет свой коэффициент линейного расширения, который также будет отличаться от коэффициентов линейного расширения цилиндров.
Если коэффициент линейного расширения парафина меньше, чем у цилиндров, то при охлаждении цилиндров до комнатной температуры, они сначала сжимаются, а парафин остается расширенным. В этом случае цилиндры будут свободно лежать на поверхности парафина.
Если же коэффициент линейного расширения парафина больше, чем у цилиндров, то при охлаждении цилиндров до комнатной температуры, они будут сжиматься меньше, чем парафин. В этом случае цилиндры будут врезаться в поверхность парафина.
Таким образом, ответ на вопрос о том, что произойдет дальше, зависит от коэффициентов линейного расширения материалов цилиндров и парафина.
