Примеры учета теплового расширения в технике и в быту))

Почти доклад с рисунками.

 Как только примерно 400 лет назад физики узнали, что при нагревании вещества и материалы при нагревании изменяют свои размеры, сразу началось применение этого явления.

Наиболее используемые устройства - жидкостные  термометры (Рис. 1 слева). В них жидкость залита в колбу, а шкалой является тонкая трубка. Если для измерения низких температур используют спиртовый термометр (до -70°С), то для более высоких - ртутные. Недостатком таких термометров является низкая прочность стеклянных колб.

В быту также используются и механические термометры. (Рис. 1 справа) В их основе лежит биметаллическая спираль на конце которой закреплена стрелка. Здесь использовано свойство, что у различных материалов разные коэффициенты линейного расширения. Изготовленная сразу из двух слоев металлов  при нагревании начинает изгибаться.

Ещё шире биметаллические пластины используются в устройствах для регулировки (поддержания постоянной) температуры.   Это регуляторы температуры, например, в электроутюгах. Изгибаясь биметаллическая пластина соединяет контакты электрической цепи. Такой же эффект использован в автоматах тока в бытовой электросети. (рис. 2 слева). Проходящий по цепи ток нагревает биметаллическую пластину установленную в механизм с пружиной, который отключает подачу электричества в цепь. Включить такой автомат можно только после его охлаждения.

И, конечно, все мы постоянно пользуемся холодильниками и, иногда, электропечами. В них используются сильфонные механизмы. (Рис. 2 -справа). Запаянная длинная трубка с жидкостью соединена с гибкой коробкой (сильфоном), изменение размеров которой и приводит к замыканию электроконтактов.

Особая проблема температурного расширения метала ощущается на железнодорожных путях.  (Рис. 3). Но вместо устройства стыков примерно через 25 м применяют в местах соединений рельсов длиной 1000 и более метров конструктивное решение - температурный компенсатор.

В машиностроении температурное расширение применяется при горячем прессовании. Например, при соединении колесной пары для поездов. Отверстие в ободе колеса делается незначительно, но меньше диаметра оси. Затем обод нагревают до высокой температуры и быстро прессуют в него "холодную" ось. Соединение получается очень надёжным.