Kysymys

Paisuminen ja supistuminen : Miksi kuumuus ja kylmyys saa asiat laajenemaan ja supistumaan ? Myös miksi jotkut metallit laajenevat enemmän kuin toiset?

Kysynyt:: Marcus Mckean
Vastaus

Muistakaa, että kaikki materiaalit koostuvat atomeista. Missä tahansa absoluuttista nollaa (-273 celsiusastetta) korkeammassa lämpötilassa atomit liikkuvat. Kiinteässä aineessa ne värähtelevät paikoillaan, nestemäisessä aineessa ne tönivät toistensa ohi ja kaasussa ne suhisevat toistensa ohi hyvin suurilla nopeuksilla. Kun ainetta lämmitetään, sen liike-energia kasvaa ja sen atomit ja molekyylit liikkuvat enemmän. Tämä tarkoittaa sitä, että kukin atomi vie enemmän tilaa liikkeensä vuoksi, jolloin aine laajenee. Kylmänä liike-energia vähenee, jolloin atomit vievät vähemmän tilaa ja materiaali supistuu.
Jotkut metallit laajenevat enemmän kuin toiset atomien/molekyylien välisten voimien eroista johtuen. Raudan kaltaisissa metalleissa atomien väliset voimat ovat voimakkaampia, joten atomien on vaikeampi liikkua ympäriinsä. Messingissä voimat ovat hieman heikompia, joten atomit voivat liikkua vapaasti enemmän. Näitä eroja supistumisessa käytetään bimetallikaistaleessa, joka koostuu messinkikaistaleesta, joka on asetettu rautakaistaleen rinnalle. Kun nauhaa lämmitetään, messinki laajenee enemmän kuin rauta, joten nauha painuu. Sitä käytetään laitteissa, kuten palohälyttimissä ja katkaisijoissa, jotka joko muodostavat tai katkaisevat kosketuksia sähköpiirissä.
Laajenemisen ja supistumisen erot näkyvät vielä selvemmin eri tiloissa, mikä taas johtuu atomeja yhdessä pitävän voiman määrästä. Kaasu laajenee eniten, koska sen atomit ovat vapaita toisistaan, joten niiden nopeus voi kasvaa eniten.

Answered by: Sara Al-Assam, oppilas, Tiffin Girls’ School, Kingston