50. Ausdehnung fester Körper durch die Wärme.

#Jeder Körper dehnt sich bei Erwärmung aus.# Da die Ausdehnung bei

festen Körpern ziemlich gering ist, so bedient man sich des Apparates

von ^Muschenbrook^. Der zu untersuchende Stab wird horizontal auf zwei

Träger gelegt; mit dem einen Ende berührt er eine ^Stellschraube^, mit

dem andern drückt er gegen einen ^beweglichen Stift^ (^Druckhebel^), und

zwar sehr nahe an dessen Drehpunkt. Wenn der Stab durch die Erwärmung

sich ein wenig ausdehnt, also sein Ende eine kleine Bewegung macht, so

macht das Ende des Stiftes eine vielmal (etwa 20 mal) größere Bewegung.

Das Ende des Stiftes drückt gegen einen ^beweglichen Zeiger^, sehr nahe

an dessen Drehpunkt, so daß die Zeigerspitze wieder eine vielmal größere

Bewegung macht (etwa 10 mal); sie macht also eine 200 mal größere

Bewegung als das Ende des Eisenstabes, so daß sie sichtbar und an einem

geteilten Kreise meßbar ist.

[Abbildung: Fig. 75.]

#Unter den festen Körpern dehnen sich die Metalle am stärksten aus#, und

unter ihnen #besonders Zink#; ein 1 _m_ langer Zinkstab dehnt sich bei

Erwärmung um 100° um 3 _mm_, ein Eisenstab bloß um ca. 1 _mm_ aus.

#Linearer Ausdehnungskoeffizient# oder spezifische Längenausdehnung ist

die Länge (in Bruchteilen des Meters), um welche sich ein Stab von 1 _m_

Länge ausdehnt bei einer Erwärmung von 1° (oder auch das Verhältnis der

Ausdehnung bei 1° zur ursprünglichen Länge).

Platin 0,000 009

Eisen 0,000 0116-126

Gold 0,000 014

Kupfer 0,000 017

Silber 0,000 020

Blei 0,000 0284

Zink 0,000 0294-0,000 0311

Stahl ungehärtet 0,000 0108

„ gehärtet 0,000 0137

Gußstahl 0,000 0122

Gußeisen 0,000 0111

Messing 0,000 0187

Messingdraht 0,000 0193

Hartlot(1 Znk, 2 Ku.) 0,000 0126

Zinn 0,000 0194-248

Zement 0,000 0143

Granit 0,000 00868

Holz (Tannen) 0,000 00352

Marmor 0,000 00426

Mauerziegel 0,000 0055

Glas 0,000 007-0,000 009

Die Ausdehnung ist der Länge des Stabes proportional, beträgt also bei l

Meter Länge l mal so viel wie bei 1 Meter Länge, und ist der

Temperaturerhöhung proportional, beträgt also bei ~t~° ~t~ mal so viel

wie bei 1°. Bezeichnet man den Ausdehnungskoeffizienten mit ~c~, so

dehnt sich 1 Meter bei 1° Erwärmung um ~c~ Meter aus; also dehnen sich

~l~ Meter bei ~t~° Erwärmung um ~c l t~ Meter aus, und da die

ursprüngliche Länge ~l~ Meter war, so ist die durch die Ausdehnung

erhaltene Länge

~#l′ = l + c l t = l (1 + c t)#~.

Bei höheren Temperaturen dehnen sich die Körper im allgemeinen etwas

stärker aus als bei niedrigen; die angegebenen Koeffizienten gelten nur

zwischen 0° und 100°, und auch da nicht ganz genau.

Wenn auch die Größe der Ausdehnung bei festen Körpern nicht beträchtlich

ist, so ist doch ^die Kraft, mit welcher sie sich ausdehnen, ungemein

groß^, so daß ihr für gewöhnlich kein Widerstand unüberwindlich ist. Ein

eiserner Tragbalken, zwischen zwei Mauern angebracht, drückt dieselben

durch, wenn er sich ausdehnt; man läßt deshalb an seinen Enden einen

Spielraum. Die Schienen der Eisenbahn werden nicht ganz aneinander

gestoßen, damit sie sich ausdehnen können. Daß der Kitt, der zwei

Gegenstände verbindet, so selten hält, kommt besonders davon her, daß

Kitt und Gegenstand sich verschiedenartig ausdehnen, also entweder eine

Pressung oder Zerreißung entsteht.

[Abbildung: Fig. 76.]

Bei Uhren ist die Ausdehnung der ^Pendelstange^ durch die Wärme störend

für den gleichmäßigen Gang; denn je länger die Pendelstange wird, desto

langsamer geht die Uhr; eine Turmuhr würde also ^im Sommer nach, im

Winter vorgehen^. Diesem Mißstande hilft man ab durch das

#Kompensations- oder Rostpendel#, das auf der ungleichmäßigen Ausdehnung

der Metalle beruht. (~Graham~ 1715.) Man macht das Pendel oben aus einer

kurzen Eisenstange ~ab~, die bei ~b~ einen Querbalken trägt; von diesem

führen zwei Eisenstangen nach abwärts, dann zwei Zinkstangen nach

aufwärts und von da führt eine Eisenstange nach abwärts bis zur Linse.

Durch die Erwärmung geht die Linse nach abwärts infolge der Ausdehnung

der Eisenstäbe ~ab~, ~bc~, ~de~, aber nach aufwärts durch die Ausdehnung

des Zinkstabes ~cd~; sind beide Ausdehnungen gleich groß, so bleibt die

Linse ~e~ gleich weit von ~a~ entfernt, also die Pendellänge gleich

groß. Da sich Zink dreimal stärker ausdehnt als Eisen, so muß hiebei die

Zinkstange ~cd~ dreimal kleiner sein, als die Summe der Eisenstäbe ~ab +

bc + de~.

[Abbildung: Fig. 77.]

#Metallthermometer#: Zwei Streifen von Metallen, die sich sehr ungleich

ausdehnen, z. B. Eisen und Zink, werden der ganzen Länge nach auf

einander gelötet, und dieser Stab, #Thermostreifen#, mit dem einen Ende

festgeklemmt; dann biegt er sich bei Erwärmung so, daß das Zink außen

ist, da sich Zink stärker ausdehnt als Eisen; bei Abkühlung krümmt er

sich nach der anderen Seite. Jedoch sind diese Bewegungen des Stabendes

sehr gering, werden deshalb durch Übersetzung größer gemacht, und man

erhält so ein ^Metallthermometer^. Es wird graduiert durch Vergleich mit

einem Normalthermometer. Wegen der großen Masse des Stabes nimmt es die

Temperatur nur langsam an, ist träge und wird deshalb nur für bestimmte

Zwecke benützt (Thermograph).

Der #kubische Ausdehnungskoeffizient# eines Stoffes gibt an,

um wie viele Volumeinheiten sich die Volumeinheit des Stoffes

ausdehnt bei 1°; er ist sehr nahe gleich dem dreifachen linearen

Ausdehnungskoeffizienten, also = 3 ~c~; ist deshalb das Volumen eines

Körpers = ~v~, und erwärmt man ihn um ~t~°, so ist sein neues Volumen

~#v′ = v + 3 c v t = v (1 + 3 c t)#~.

Ein Hohlkörper (Glaskugel, Blechkörper) dehnt sich dem Volumen nach

ebenso aus, wie wenn sein Hohlraum auch mit der Masse der Hülle

ausgefüllt wäre.

Aufgaben:

#46.# Welchen Druck würde Luft ausüben, wenn sie auf ein sp. G. von

0,027 verdichtet ist?

#47.# Ein Behälter von 12 _l_ Größe, gefüllt mit Luft von 760 _mm_

Druck, wird mit einem Behälter von 18 _l_ Größe, gefüllt mit Luft von

520 _mm_ Druck, in Verbindung gesetzt. Welcher Druck stellt sich ein?

#48.# Wie lang wird ein Eisendraht von 25,6 _m_ Länge bei 60° Erwärmung?

#49.# Ein Blechgefäß aus Messing faßt bei 0° 7,426 _l_;~ wie viel faßt

es, wenn es um 50° oder um 100° erwärmt wird?

#50.# Ein Glasballon hat 480 _ccm_ Inhalt bei 0°. Wie viel faßt er bei

100°?

Lehrbuch der Physik zum Schulgebrauche. · 第 52 / 340 题