Ma'lumki, issiqlik ta'sirida zarrachalar xaotik harakatini tezlashtiradi. Agar siz gazni qizdirsangiz, uni tashkil etuvchi molekulalar shunchaki bir-biridan tarqalib ketadi. Isitilgan suyuqlik birinchi navbatda hajmini oshiradi va keyin bug'lana boshlaydi. Qattiq moddalar bilan nima sodir bo'ladi? Ularning har biri ham yig‘ilish holatini o‘zgartira olmaydi.
Termal kengayish ta'rifi
Termik kengayish - haroratning o'zgarishi bilan jismlarning o'lchami va shaklining o'zgarishi. Matematik jihatdan hajmli kengayish koeffitsientini hisoblash mumkin, bu o'zgaruvchan tashqi sharoitlarda gazlar va suyuqliklarning xatti-harakatlarini taxmin qilish imkonini beradi. Qattiq jismlar uchun bir xil natijalarni olish uchun chiziqli kengayish koeffitsientini hisobga olish kerak. Fiziklar bu turdagi tadqiqotlar uchun butun bo'limni ajratib ko'rsatishdi va uni dilatometriya deb atadilar.
Muhandislar va me'morlar binolarni loyihalash, yo'llar va quvurlarni yotqizish uchun yuqori va past haroratlar ta'sirida turli materiallarning harakati haqida bilimga muhtoj.
Gazni kengaytirish
Termalgazlarning kengayishi ularning kosmosdagi hajmining kengayishi bilan birga keladi. Buni qadimgi davrlarda tabiat faylasuflari payqashgan, ammo faqat zamonaviy fiziklargina matematik hisob-kitoblarni yaratishga muvaffaq bo'lgan.
Birinchi navbatda olimlar havoning kengayishiga qiziqish bildirishdi, chunki bu ularga amalga oshirilishi mumkin boʻlgan vazifa boʻlib tuyuldi. Ular biznesga shunchalik g'ayrat bilan kirishdilarki, ular juda qarama-qarshi natijalarga erishdilar. Tabiiyki, bunday natija ilmiy jamoatchilikni qoniqtirmadi. O'lchovning aniqligi qaysi termometr ishlatilganiga, bosimga va boshqa turli xil sharoitlarga bog'liq edi. Ba'zi fiziklar hatto gazlarning kengayishi haroratning o'zgarishiga bog'liq emas degan xulosaga kelishdi. Yoki bu giyohvandlik to'liq emasmi…
D alton va Gey-Lyussak asarlari
Fiziklar ovozlari boʻgʻilguncha bahslashishda davom etishar yoki Jon D alton boʻlmaganida oʻlchovlardan voz kechishardi. U va boshqa fizik Gey-Lyusak bir vaqtning o'zida bir xil o'lchov natijalarini mustaqil ravishda olishlari mumkin edi.
Lyussak juda ko'p turli natijalarning sababini topishga harakat qildi va tajriba vaqtida ba'zi qurilmalarda suv borligini payqadi. Tabiiyki, isitish jarayonida u bug'ga aylanib, o'rganilayotgan gazlarning miqdori va tarkibini o'zgartirdi. Shuning uchun olimning birinchi qilgan ishi tajriba o‘tkazishda qo‘llagan barcha asboblarni yaxshilab quritib, o‘rganilayotgan gazdan namlikning minimal foizini ham chiqarib tashlash edi. Bu barcha manipulyatsiyalardan so‘ng, dastlabki bir necha tajribalar ishonchliroq bo‘lib chiqdi.
D alton bu masalani uzoqroq ko'rib chiqdiuning hamkasbi va natijalarini 19-asrning boshida e'lon qildi. U havoni sulfat kislota bug'i bilan quritib, keyin qizdirdi. Bir qator tajribalardan so‘ng Jon barcha gazlar va bug‘lar 0,376 koeffitsientga kengayadi degan xulosaga keldi. Lyussak 0,375 raqamini oldi. Bu tadqiqotning rasmiy natijasi bo‘ldi.
Suv bug'ining elastikligi
Gazlarning termal kengayishi ularning elastikligiga, ya'ni dastlabki hajmiga qaytish qobiliyatiga bog'liq. Ziegler birinchi bo'lib XVIII asr o'rtalarida bu masalani tadqiq qildi. Ammo uning tajribalari natijalari juda xilma-xil edi. Ishonchliroq raqamlarni Jeyms Vatt oldi, u yuqori haroratlar uchun qozon va past haroratlar uchun barometrdan foydalangan.
18-asrning oxirida frantsuz fizigi Proni gazlarning elastikligini tavsiflovchi yagona formulani olishga harakat qildi, ammo bu juda og'ir va foydalanish qiyin bo'lib chiqdi. D alton buning uchun sifon barometridan foydalanib, barcha hisob-kitoblarni empirik tarzda sinab ko'rishga qaror qildi. Barcha tajribalarda harorat bir xil bo'lmaganiga qaramay, natijalar juda aniq edi. Shuning uchun u ularni fizika darsligida jadval sifatida nashr etdi.
Bug'lanish nazariyasi
Gazlarning termal kengayishi (fizik nazariya sifatida) turli oʻzgarishlarga uchradi. Olimlar bug' hosil bo'ladigan jarayonlarning tubiga kirishga harakat qilishdi. Bu erda yana taniqli fizik D alton ajralib turdi. U har qanday bo'shliq gaz bug'i bilan to'yingan deb faraz qildi, u bu rezervuarda mavjud bo'lishidan qat'i nazar.(xona) har qanday boshqa gaz yoki bug '. Shunday qilib, suyuqlik shunchaki atmosfera havosi bilan aloqa qilish orqali bug'lanib ketmaydi, degan xulosaga kelish mumkin.
Suyuqlik yuzasida havo ustunining bosimi atomlar orasidagi bo'shliqni ko'paytiradi, ularni parchalaydi va bug'lanadi, ya'ni bug' hosil bo'lishiga yordam beradi. Ammo tortishish kuchi bug 'molekulalariga ta'sir qilishda davom etmoqda, shuning uchun olimlar atmosfera bosimi suyuqliklarning bug'lanishiga ta'sir qilmasligini hisoblashdi.
Suyuqliklarning kengayishi
Suyuqliklarning termal kengayishi gazlarning kengayishi bilan parallel ravishda tekshirildi. Xuddi shu olimlar ilmiy tadqiqotlar bilan shug'ullangan. Buning uchun ular termometrlar, aerometrlar, aloqa kemalari va boshqa asboblardan foydalanganlar.
Barcha tajribalar birgalikda va har biri alohida D altonning bir jinsli suyuqliklar qizdirilgan harorat kvadratiga mutanosib ravishda kengayishi haqidagi nazariyasini rad etdi. Albatta, harorat qanchalik yuqori bo'lsa, suyuqlik hajmi shunchalik katta bo'ladi, lekin u o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri bog'liqlik yo'q edi. Ha, va barcha suyuqliklarning kengayish tezligi har xil edi.
Suvning termal kengayishi, masalan, Tselsiy bo'yicha nol darajadan boshlanadi va harorat pasayganda davom etadi. Ilgari tajribalarning bunday natijalari suvning o'zi emas, balki u joylashgan idish torayishi bilan bog'liq edi. Ammo bir muncha vaqt o'tgach, fizik Deluka shunga qaramay, sababni suyuqlikning o'zidan izlash kerak degan xulosaga keldi. U eng katta zichlikdagi haroratni topishga qaror qildi. Biroq, e'tiborsizlik tufayli muvaffaqiyatga erisha olmadiba'zi tafsilotlar. Ushbu hodisani o'rgangan Rumfort suvning maksimal zichligi Selsiy bo'yicha 4 dan 5 darajagacha bo'lgan diapazonda kuzatilishini aniqladi.
Jismlarning termal kengayishi
Qattiq jismlarda kengayishning asosiy mexanizmi kristall panjara tebranishlari amplitudasining o’zgarishi hisoblanadi. Oddiy so‘z bilan aytganda, materialni tashkil etuvchi va bir-biri bilan qattiq bog‘langan atomlar “q altiray” boshlaydi.
Jismlarning issiqlik kengayish qonuni quyidagicha ifodalangan: chiziqli oʻlchamli L boʻlgan har qanday jism dT ga qizdirilganda (delta T – dastlabki harorat va oxirgi harorat oʻrtasidagi farq), dL ga kengayadi. (delta L - ob'ekt uzunligi va harorat farqi bo'yicha chiziqli termal kengayish koeffitsientining hosilasi). Bu ushbu qonunning eng oddiy versiyasi bo'lib, u sukut bo'yicha tananing bir vaqtning o'zida barcha yo'nalishlarda kengayishini hisobga oladi. Ammo amaliy ish uchun ancha og'ir hisoblar qo'llaniladi, chunki haqiqatda materiallar fiziklar va matematiklar tomonidan modellashtirilganidan farq qiladi.
Reyning termal kengayishi
Fizika-muhandislar har doim temir yo'lni yotqizishda ishtirok etadilar, chunki ular qizdirilganda yoki sovutilganda yo'llar deformatsiyalanmasligi uchun rels bo'g'inlari orasidagi masofa qancha bo'lishi kerakligini aniq hisoblab chiqa oladi.
Yuqorida aytib o'tilganidek, termal chiziqli kengayish barcha qattiq jismlarga tegishli. Va temir yo'l ham bundan mustasno emas. Ammo bitta tafsilot bor. Chiziqli o'zgarishagar tanaga ishqalanish kuchi ta'sir qilmasa, erkin paydo bo'ladi. Reylar shpallarga qattiq bog'langan va qo'shni relslarga payvandlangan, shuning uchun uzunlik o'zgarishini tavsiflovchi qonun chiziqli va ko'ndalang qarshilik ko'rinishidagi to'siqlarni engib o'tishni hisobga oladi.
Agar rels uzunligini oʻzgartira olmasa, harorat oʻzgarishi bilan undagi termal kuchlanish kuchayadi, bu ham uni choʻzishi, ham siqishi mumkin. Bu hodisa Guk qonunida tasvirlangan.
