Độ lớn của lực đàn hồi trong vật rắn tỉ lệ thuận với độ biến dạng của vật rắn.. Tính độ biến dạng tỉ đối của thanh. Người ta dùng nó để treo một vật nặng. Vật này tạo nên một lực kéo dâ[r]
Trang 1CHƯƠNG VII : CHẤT RẮN VÀ CHẤT LỎNG
SỰ CHUYỂN THỂ BÀI 34: CHẤT RẮN KẾT TINH - CHẤT RẮN VÔ ĐỊNH HÌNH
I CẤU TRÚC TINH THỂ:
- Cấu trúc tinh thể là cấu trúc tạo bởi các hạt (nguyên tử, phân tử, ion) liên kết chặt chẻ với
nhau bằng những lực tương tác và sắp xếp theo một trật tự hình học không gian xác định gọi
là mạng tinh thể, trong đó mỗi hạt luôn dao động nhiệt quanh vị trí cân bằng của nó
- Kích thước tinh thể của một chất tuỳ thuộc quá trình hình thành tinh thể diễn biến nhanh
hay chậm : Tốc độ kết tinh càng nhỏ, tinh thể có kích thước càng lớn
II CHẤT RẮN KẾT TINH:
1 Định nghĩa:
Chất rắn kết tinh là chất rắn có cấu trúc tinh thể
2 Các đặc tính của chất rắn kết tinh:
- Các chất rắn kết tinh được cấu tạo từ cùng một loại hạt, nhưng cấu trúc tinh thể khác nhau
thì những tính chất vật lí của chúng cũng rất khác nhau
- Mỗi chất rắn kết tinh ứng với mỗi cấu trúc tinh thể có một nhiệt độ nóng chảy xác định
và không đổi ở mỗi áp suất cho trước
- Chất rắn kết tinh có thể là chất đơn tinh thể hoặc chất đa tinh thể
- Chất rắn đơn tinh thể:
+ Là chất được cấu tạo chỉ từ một loại tinh thể (muối, thạch anh, kim cương…)
+ có tính dị hướng (tính chất vật lý theo các hướng khác nhau là khác nhau)
- Chất rắn đa tinh thể:
+ Là chất được cấu tạo chỉ từ vô số tinh thể rất nhỏ liên kết hỗn đọn với nhau (kim loại,
hợp kim…)
+ có tính đẳng hướng (tính chất vật lý theo các hướng khác nhau là giống nhau)
3 Ứng dụng của các chất rắn kết tinh
- Các đơn tinh thể silic và giemani được dùng làm các linh kiện bán dẫn
- Kim cương được dùng làm mũi khoan, dao cắt kính
III CHẤT RẮN VÔ ĐỊNH HÌNH:
1 Định nghĩa:
Chất rắn vô định hình là các chất không có cấu trúc tinh thể và do đó không có dạng hình
học xác định
2 Các đặc tính của chất rắn vô định hình:
- không có nhiệt độ nóng chảy xác định (Khi bị nung nóng, chúng mềm dần và chuyển
sang thể lỏng)
- Có tính đẳng hướng
3 Ứng dụng:
Các chất vô định hình như thuỷ tinh, các loại nhựa, cao su, … được dùng phổ biến trong
nhiều ngành công nghệ khác nhau
Chú ý: Một số chất rắn như đường, lưu huỳnh, … có thể tồn tại ở dạng tinh thể hoặc vô
định hình
Trang 2BÀI 35: BIẾN DẠNG CƠ CỦA VẬT RẮN
I BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI:
1 Biến dạng cơ :
Sự thay đổi kích thước và hình dạng của vật rắn do tác dụng của ngoại lực gọi là biến dạng
cơ
2 Biến dạng đàn hồi – biến dạng dẻo:
- Nếu vật rắn lấy lại được kích thước và hình dạng ban đầu khi ngoại lực ngừng tác dụng,
thì biến dạng của vật rắn là biến dạng đàn hồi và vật rắn có tính đàn hồi
- Nếu vật rắn chịu tác dụng của lực quá lớn thì nó bị biến dạng mạnh, không thể lấy lại
kích thước và hình dạng ban đầu Trường hợp này vật rắn bị mất tính đàn hồi và biến dạng đó
là biến dạng dẻo và vật rắn có tính dẻo
3 Độ biến dạng tỉ đối của thanh rắn :
=
o
o
l
l
l |
|
=
o
l
l |
|
4 Giới hạn đàn hồi:
Giới hạn trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi của nó gọi là giới hạn đàn hồi
II ĐỊNH LUẬT HOOKE (HÚC):
S
F : Ngoại lực (N)
S : Tiết diện ngang của thanh (m2)
: ứng suất tác dụng lên thanh (Pa)
2 Định luật Húc về biến dạng cơ của vật rắn:
Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối của vật rắn hình trụ đồng chất tỉ lệ thuận với
ứng suất tác dụng vào vật đó
=
o
l
l |
|
= .
Với là hệ số tỉ lệ phụ thuộc chất liệu của vật rắn
3 Lực đàn hồi:
Độ lớn của lực đàn hồi trong vật rắn tỉ lệ thuận với độ biến dạng của vật rắn
Fđh = k.|l| = E
o
l
S
|l|
Với : E =
1
: Gọi là suất đàn hồi (suất Young) (Đơn vị: pa)
K = E
o
l
S
: Là độ cứng (phụ thuộc vào bản chất và kích thước của vật đó) (đơn vị: N/m)
Trang 3VD1: (7/192 SGK) Một sợi dây thép đường kính 1,5 mm có độ dài ban đầu là 5,2m
Tính hệ số đàn hồi của sợi dây thép, biết suất đàn hồi của thép là E = 2.1011 Pa
………
………
………
………
VD2: (8/192 SGK) Một thanh rắn đồng chất tiết diện đều có hệ số đàn hồi là 100 N/m, đầu trên gắn cố định và đầu dưới treo một vật nặng để thanh bị biến dạng đàn hồi Biết gia tốc rơi tự do g = 10 m/s2 Muốn thanh rắn dài thêm 1 cm, vật nặng phải có khối lượng bằng bao nhiêu? ………
………
………
………
VD3: (9/192 SGK) Một thanh thép tròn đường kính 20 mm có suất đàn hồi
E = 2.1011 Pa Giữ chặt một đầu thanh và nén đầu còn lại bằng một lực F = 1,57.105 N để thanh này biến dạng đàn hồi Tính độ biến dạng tỉ đối của thanh ………
………
………
………
VD4: (2/254 SGKNC) Một sợi dây kim loại dài 1,8m có đường kính 0,8mm Người ta dùng nó để treo một vật nặng Vật này tạo nên một lực kéo dây bằng 25N và làm dây dài thêm một đoạn 1mm Tính suất đàn hồi ………
………
………
………
BÀI TẬP 1/ Một thanh thép dài 200cm có tiết diện 200mm2 Khi chịu lực kéo tác dụng, thanh thép dài
thêm 1,5mm Thép có suất đàn hồi E = 2,16.1011Pa Tính lực kéo
2/ Một thanh trụ đường kính 5 cm làm bằng nhôm có suất đàn hồi 7.1010 Pa Thanh này đặt
thẳng đứng trên một đế rất chắc để chống đỡ một mái hiên Mái hiên này tạo một lực nén
thanh là 3450N Tính độ biến dạng tỉ đối của thanh
3/ Một dây thép có đường kính 2mm, độ dài ban đầu 4m Tính hệ số đàn hồi của dây thép biết
suất đàn hồi bằng 2.1011 Pa
Trang 44/ Một thanh rắn đồng chất tiết diện đều, có hệ số đàn hồi 200 N/m, đầu trên gắn cố định và
đầu dưới treo một vật để thanh biến dạng đàn hồi Muốn cho thanh dài thêm 1,5 cm thì phải
treo vật nặng có khối lượng bao nhiêu? Cho g = 10 m/s2
5/ Một thanh thép có đường kính 10cm, có suất đàn hồi 2.1010 Pa Giữ chặt một đầu thanh và
nén đầu còn lại bằng một lực 3.105 N để thanh biến dạng đàn hồi Tính độ biến dạng tỉ đối
của thanh
6/ Một sợi dây bằng đồng dài 1,8m có đường kính 0,8m Khi bị kéo bằng một lực 25N thì dây
dãn ra một đoạn 1mm Xác định suất đàn hồi của đồng
7/ Một thanh đồng đường kính 4cm, chiều dài ban đầu 2m chịu lực nén dọc theo thanh với độ
lớn 3,14.105 N Biết suất đàn hồi bằng 9.109 Pa Tính độ biến dạng của thanh
8/ Một dây thép có đường kính tiết diện 6 mm, giới hạn bền của thép là 6.108 N/m2 Tính lực
kéo nhỏ nhất tác dụng lên dây thép để dây đứt
9/ Một thanh thép dài 2m và tiết diện 2 cm2 chịu một lực kéo nên dài thêm 1,5mm
a) Xác định lực kéo đó
b) Phải đặt lên thanh một vật có trọng lượng bao nhiêu để làm gãy nó
Cho giới hạn bền bằng 686.106 N/m2 và E = 20.1010 Pa
10/ Một thanh thép có bán kính 9,5mm và độ dài 81cm Thanh chịu lực kéo F = 6,2.104 N Cho
suất đàn hồi bằng 2.1011 Pa
a) Tính độ dãn của thanh
b) Tính độ biến dạng tỉ đối
Trang 5BÀI 36: SỰ NỞ VÌ NHIỆT CỦA VẬT RẮN
I SỰ NỞ DÀI:
1 Định nghĩa sự nở dài:
Sự tăng độ dài của vật rắn khi ……… gọi là sự nở dài vì nhiệt
2 Công thức của sự nở dài:
Độ nở dài l của vật rắn hình trụ đồng chất tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ t và với độ dài ban
đầu lo của vật đó
l = l – l o = l ot
Với là hệ số nở dài của vật rắn ( K-1)
phụ thuộc vào chất liệu của vật rắn
Ta có: l = l 0 + l = l 0(1 + t)
II SỰ NỞ KHỐI:
1 Định nghĩa sự nở dài:
Sự tăng thể tích của vật rắn khi ……… gọi là sự nở khối
2 Công thức của sự nở khối:
Độ nở khối của vật rắn đồng chất đẳng hướng tỉ lệ với độ tăng nhiệt độ t và với thể tích
ban đầu Vo của vật đó
V = V – Vo = Vot
Với là hệ số nở khối (K-1)
Chú ý: 3 và cũng có đơn vị là K-1
Ta có: V = V0 + V = V0(1 + t)
III ỨNG DỤNG:
- Phải tính toán để khắc phục tác dụng có hại của sự nở vì nhiệt
- Lợi dụng sự nở vì nhiệt để lồng ghép đai sắt vào các bánh xe, để chế tạo các băng kép
dùng làm rơle đóng ngắt điện tự động, …
IV CÁC VÍ DỤ
VD1/ (6/ 197SGK) Khối lượng riêng của sắt ở 800oC bằng bao nhiêu? Biết khối lượng riêng
của nó ở 0oC là 7,8.103 kg/m3
Trang 6
VD 2/ (7/197SGK) Một dây tải điện ở 20oC có độ dài 1800m Hãy xác định độ nở dài của dây
tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến 50oC về mùa hè Cho biết hệ số nở dài của dây tải điện
này là 11,5.10-6 K-1
VD 3/ (8/197 SGK) Mỗi thanh ray của đường sắt ở nhiệt độ 15oC có độ dài 12,5m Nếu hai đầu các thanh ray khi đó chỉ đặt cách nhau 4,5mm thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất bao nhiêu để chúng không bị uốn cong do tác dụng nở vì nhiệt ? Cho biết hệ số nở dài của thanh ray là 12.10-6K-1
BÀI TẬP 1/ Một thước thép ở 200C có độ dài 1000mm Thước thép này dài thêm bao nhiêu khi nhiệt độ tăng đến 800C ? Cho hệ số nở dài của thép là 11.10-6 K-1 2/ Tính khối lượng riêng của sắt ở 10000C biết khối lượng riêng của nó ở 200C là 7,8.103kg/m3 Cho hệ số nở dài của sắt là 12.10-6 K-1 3/ Một dây tải điện ở 200C có độ dài 1800m Hãy xác định chiều dài của dây tải điện này khi nhiệt độ tăng lên đến 500C vào mùa hè Biết hệ số nở dài của dây tải điện là
= 11,5.10-6K-1
4/ Ở 250C, mỗi thanh ray của đường sắt dài 15m Hỏi khe hở giữa hai thanh ray phải có độ
rộng tối thiểu bao nhiêu để các thanh ray không bị cong khi nhiệt độ tăng tới 1000C? Cho
hệ số nở dài của sắt là 12.10-6 K-1
5/ Mỗi thanh ray của đường sắt dài 15m ở 150C Nếu khe hở giữa hai đầu thanh ray đặt cách
nhau 5mm thì các thanh ray này có thể chịu được nhiệt độ lớn nhất là bao nhiêu để chúng
không bị uốn cong do nở vì nhiệt Biết hệ số nở dài của thép làm ray là = 12.10-6K-1
6/ Một ấm nhôm có dung tích 2 lít ở 20oC Chiếc ấm đó có dung tích bao nhiêu khi nó ở 80oC
Cho hệ số nở dài của nhôm là 24.10-6 K-1
7/ Người ta dùng một nhiệt lượng 1800 kJ để nung nóng một tấm sắt có kích thước 0,6m
x0,2mx0,05m Hỏi thể tích của tấm sắt tăng lên bao nhiêu? Biết khối lượng riêng của sắt là
7,8.103 kg/m3, hệ số nở dài là 12.10-5 K-1 , nhiệt dung riêng của sắt là 460 J/kgK
Trang 78/ Một thanh thép có độ dài 12m ở 100oC Để chiều dài của thanh giảm đi 8mm thì phải giảm
nhiệt độ của thanh xuống còn bao nhiêu? Biết hệ số nở dài của thép là 12.10-6 K-1
9/ Tính độ dài ở 0oC của thanh thép và thanh đồng sao cho ở bất kì nhiệt độ nào thanh thép
cũng dài hơn thanh đồng 5cm Biết hệ số nở dài của đồng là 17.10-6 K-1, của sắt
là 12.10-6 K-1
10/ Một thanh sắt và một thanh kẽm dài bằng nhau ở 0oC, còn ở 100oC thì chênh nhau 1 mm
Tính chiều dài của chúng ở 0oC Biết hệ số nở dài của sắt và kẽm là 1,14.10-5 K-1 và
3,4.10-5 K-1
11/ Một quả cầu có bán kính 4 cm ở nhiệt độ 29oC, nung nóng quả cầu tới nhiệt độ 120oC Tính
độ tăng thể tích của quả cầu biết hệ số nở dài của kim loại làm quả cầu là 1,7.10-5 K-1