Як змінюється щільність речовини при нагріванні

Поставте скляну банку на газову конфорку, закривши її попередньо кришкою. Запаліть вогонь. У банку знаходиться тільки повітря. Таким чином, нагріваючи банку, ви нагріваєте повітря, що знаходиться всередині. Через деякий час ви побачите, що банку відкриється, і кришка відірветься від банки. Суть даного явища полягає в тому, що при нагріванні повітря розширюється. Розширення повітря пов`язано зі зменшенням його щільності, воно і привело до відкриття банки.

Відкрийте підручник з фізики 7 класу на параграфі про щільність тіла. Як відомо, щільність є відношення маси тіла до його об`єму. Тобто фактично щільність дорівнює масі одного кубічного метра речовини. Подумайте, від чого залежить маса одиниці об`єму речовини. Якщо масу речовини утворюють матеріальні частинки, складові його, то це означає, що чим більше таких частинок уміщається в одиничному обсязі, тим більше і щільність речовини.

Уявіть, що відбувається з речовиною, коли воно нагрівається. Як відомо, нагрів будь-якого тіла означає додачу частинкам речовини ще більшої кінетичної енергії, бо, взагалі кажучи, температура тіла характеризує середню кінетичну енергію тіла. Отже, нагріваючи тіло, ви змушуєте частки його утворюють рухатися все швидше і швидше, збільшуючи таким чином загальну температуру тіла.

Візьміть як приклад для уявної експерименту повітря або будь-який інший газ. Газ влаштований так, що його частки вільно блукають у просторі речовини, стикаючись один з одним. Нагріваючи газ, як в описаному вище досвіді, ви приводите до того, що швидкість часток зростає. Це, в свою чергу, призводить до того, що атоми газу відлітають один від одного на все більші й більші відстані при зіткненні. Значить, відстань між частинками збільшується, і сам газ збільшується в об`ємі. Таким чином, при нагріванні всі менша кількість часток доводиться на виділений одиничний обсяг, що призводить до зниження щільності газу.

Зверніть увагу, що в разі рідини картина відбуваються при нагріванні явищ майже не змінюється. Молекули рідини, на відміну від газу, розташовуються більш щільно за рахунок молекулярних сил і не мають можливості вільно переміщатися, однак вони здатні коливатися з певною амплітудою в деякій області. Чим вище температура рідини, тим більше амплітуда коливань молекул. Збільшення амплітуди коливань призводить до зростання відстані між молекулами, а це призводить до зменшення щільності рідини, аналогічно до випадку з газом.