- •В.Л. Бурковский ю.Н. Глотова
- •Введение
- •1. Механические эффекты и деформация
- •1.1. Силы инерции
- •1.2. Гравитация
- •1.3. Трение и износ
- •1.4. Деформация
- •2. Молекулярные явления
- •2.1. Тепловое расширение вещества
- •2.2. Фазовые переходы, агрегатные состояния веществ
- •2.3. Поверхностное натяжение жидкостей
- •2.4. Капиллярность
- •2.5. Сорбция
- •2.6. Диффузия
- •2.7. Тепломассообмен
- •2.8. Термофорез и фотофорез
- •2.9. Молекулярные цеолитовые сита
- •3. Гидростатика, гидроаэродинамика
- •3.1. Течение жидкости и газа
- •3.2. Явление сверхтекучести
- •3.3. Скачок уплотнения
- •3.4. Дросселирование жидкостей и газов
- •3.5. Гидравлические удары
- •3.6. Kавитация
- •4. Колебания и волны
- •4.1. Механические колебания
- •4.2. Акустика
- •4.3. Ультразвук
- •4.4. Волновое движение
- •5. Электромагнитные явления
- •5.1. Взаимодействие тел
- •5.2. Закон Джоуля-Ленца
- •5.3. Проводимость металлов
- •5.4. Электромагнитное поле
- •5.5. Проводник с током в магнитном поле
- •5.6. Электромагнитная индукция
- •5.7. Электромагнитные волны
- •6. Электрические свойства вещества, диэлектрики
- •6.1. Проводники, изоляторы и полупроводники
- •6.2. Диэлектрическая проницаемость
- •6.3. Пробой диэлектриков
- •6.4. Электромеханические эффекты в диэлектриках
- •6.5. Пироэлектрики и сегнетоэлектрики
- •6.6. Электреты
- •7. Магнитные свойства вещества
- •7.1. Магнетики
- •7.2. Магнитокалорический эффект
- •7.3. Магнитострикция
- •7.4. Магнитоэлектрический эффект
- •7.5. Гиромагнитные явления
- •7.6. Магнитоакустический эффект
- •7.7. Ферромагнитный резонанс
- •7.8. Аномалии свойств при фазовых переходах
- •8. Контактные, термоэлектрические и эмиссионные явления
- •8.1. Контактная разность потенциалов
- •8.2. Термоэлектрические явления
- •8.3. Электронная эмиссия
- •9. Гальвано- и термомагнитные явления
- •9.1. Гальваномагнитные явления
- •9.2. Термомагнитные явления
- •10. Электрические разряды в газах
- •10.1. Факторы, влияющие на газовый разряд
- •10.2. Высокочастотный тороидальный разряд
- •10.3. Роль среды и электродов
- •10.4. Тлеющий разряд
- •10.5. Коронный разряд
- •10.6. Дуговой разряд
- •10.7. Искровой разряд
- •10.8. Факельный разряд
- •10.9. "Стекание" зарядов с острия
- •11. Электрокинетические явления
- •12. Свет и вещество
- •12.1. Свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение
- •12.2. Отражение и преломление света
- •12.3. Поглощение и рассеяние
- •12.4. Испускание и поглощение света
- •13. Фотоэлектрические и фотохимеческие явления
- •13.1. Фотоэлектрические явления
- •13.2. Фотохимические явления
- •14. Люминисценция
- •14.1. Люминесценция, возбуждаемая электромагнитным излучением
- •14.2. Люминесценция, возбуждаемая корпускулярным излучением
- •14.3. Люминесценция, возбуждаемая электрическим полем
- •14.4. Хемилюминесценция
- •14.5. Триболюминесценция
- •14.6. Радиотермолюминесценция
- •14.7. Стимуляция и тушение люминесценции
- •14.8. Эффект поляризации
- •15. Анизотропия и свет
- •15.1. Двойное лучепреломление
- •15.2. Механооптические явления
- •15.3. Электрооптические явления
- •15.4. Магнитооптические явления
- •15.5. Фотодихроизм
- •15.6. Поляризация при рассеивании света
- •16. Эффекты нелинейной оптики
- •17. Явления микромира
- •17.1. Радиоактивность
- •17.2. Рентгеновское и гамма-излучения
- •17.3. Взаимодействие частиц с веществом
- •17.4. Электронный парамагнитный резонанс
- •17.5. Ядерный магнитный резонанс
- •18. Другие физические эффекты
- •18.1. Стробоскопический эффект
- •18.2. Муаровый эффект
- •18.3. Высокодисперсные структуры
- •18.4. Жидкие кристаллы
- •18.5. Лента Мебиуса
- •18.6. Реология
- •Заключение
- •Алфавитный указатель физических законов, явлений и эффектов
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2. Молекулярные явления
2.1. Тепловое расширение вещества
Все вещества (газы, жидкости, твердые тела) имеют атомно-молекулярную структуру. Атом, равно как и молекулы, во всем диапазоне температур находятся внепрерывном хаотическом движении. С увеличением температуры повышается скорость перемещения отдельных атомов и молекул (в газах и жидкостях) или их колебания – в кристаллических решетках твердых тел. Поэтому с ростом температуры увеличивается среднее расстояние между атомами и молекулами, в результате чего газы, жидкости и твердые теларасширяютсяпри условии, что внешнее давление остается постоянным. Коэффициенты расширения различных газов близки между собой (около 0,0037 °С-1); для жидкостей они могут различаться на порядок (ртуть – 0,00018 °С-1, глицерин – 0,0005 °С-1, ацетон – 0,0014 °С-1, эфир – 0,007 °С-1). Величина теплового расширения твердых тел определяется их строением. Структуры с плотной упаковкой (алмаз, платина, отдельные металлические сплавы) мало чувствительны к температуре, рыхлая, неплотная упаковка вещества способствует сильному расширению твердых тел (алюминий, полиэтилен).
При температурном расширении или сжатии твердых тел развиваются огромные силы, что можно использовать в соответствующих технологических процессах. Например, это свойство использовано в электрическом домкрате для растяжения арматуры при изготовлении напряженного железобетона. Принцип действия очень прост: к растягиваемой арматуре прикрепляют стержень из металла с подходящим коэффициентом термического расширения. Затем его нагревают током от сварочного трансформатора, после чего стержень жестко закрепляют и убирают нагрев. В результате охлаждения и сокращения линейных размеров стержня развивается тянущее усилие порядка сотен тонн, которое растягивает холодную арматуру до необходимой величины. Так как в этом домкрате работают молекулярные силы, он практически не может сломаться. С помощью теплового расширения жидкости также можно создавать необходимые гидростатические давления.
Тепловое расширение помогает решать технические задачи, которые обычными средствами реализуются с большим трудом. Например, для прочного охвата вала ступицу перед запрессовкой нагревают, а после охлаждения надетой на вал ступицы силы термического сжатия делают этот узел практически монолитным. Но как после этого разобрать данное соединение? Механически – почти не возможно без риска испортить деталь. Но достаточно сделать вал или ввести в сопрягаемое пространство прокладку из металла с меньшим коэффициентом термического расширения, как техническое противоречие исчезает.
Общеизвестные биметаллические пластинки– соединенные каким-либо способом две металлические полоски с различным коэффициентом терморасширения. Это надежный преобразователь тепловой энергии в механическую.
Использование эффекта различного терморасширения у металлов позволило создать тепловой диод. Тепловое расширение, как процесс обратимый и легко управляемый, применяется при проведении прецизионных работ, таких, как микроперемещение объектов, например, в поле зрения микроскопа.