Qatı və mayelərin istilik genişlənməsi

Məlumdur ki, istilik təsiri altında hissəciklər xaotik hərəkətini sürətləndirirlər. Qazı qızdırsanız, onu təşkil edən molekullar sadəcə bir-birinə uçur. Qızdırılmış maye həcmi ilk dəfə artır, sonra isə buxarlanacaq. Bərk cisimlərə nə olacaq? Onların hər biri öz ümumi vəziyyətini dəyişdirə bilməz.

Termal genişləndirilməsi: tərif

Termal genişləndirilməsi, temperatur dəyişdikdə cisimlərin ölçüsü və formasında dəyişiklikdir. Riyazi olaraq, xarici şəraitin dəyişməsində qazların və mayelərin davranışının proqnozlaşdırılmasına imkan verən həcm genişləndirilməsi katsayısının hesablanması mümkündür. Katılar üçün eyni nəticələr əldə etmək üçün, lineer genişlənmə əmsalı nəzərə alınmalıdır . Fiziklər, bu tip tədqiqat üçün bütün bir hissəni təsbit etmiş və dilatometri adlandırmışlar.

Mühəndislər və memarlar binaların, yolların və boruların dizaynı üçün yüksək və aşağı temperaturların təsirində müxtəlif materialların davranışı barədə məlumatlara ehtiyac duyurlar.

Qazların genişləndirilməsi

Qazların istilik genişlənməsi onların həcminin məkanda genişlənməsi ilə müşayiət olunur. Təbii filosoflar qədim zamanlarda bunu fərq etdi, ancaq yalnız müasir fiziklər riyazi hesablamaları qura bildi.

Birincisi, alimlər havanın genişlənməsində maraqlıdırlar, çünki onlara mümkün bir məsələ kimi görünürdülər. Onlar olduqca ziddiyyətli nəticələrə sahib olduqları halda işlədilər. Təbii ki, elmi ictimaiyyət belə bir nəticəni təmin etmədi. Ölçmənin dəqiqliyi təzyiq və digər bir çox şəraitdə istifadə olunan termometrə bağlıdır. Bəzi fiziklər hətta qazların genişlənməsi temperaturun dəyişməsindən asılı deyildir. Və ya bu asılılıq tam deyil ...

Dalton və Gay-Lussac əsərləri

Fiziklər, səssiz qalana qədər mübahisə etməyə davam edəcək və ya John Dalton istisna olmaqla ölçmələri laqeyd edəcəklər . O və başqa bir fizik, Gay-Lussac eyni zamanda bir-birindən asılı olaraq eyni ölçmə nəticələrini əldə edə bildi.

Lussac çox fərqli nəticələrin səbəbini tapmaq üçün çalışırdı və təcrübənin bəzi qurğularında su olduğunu gördük. Təbii ki, isidici proses zamanı buxarlara çevrilmiş və tədqiq olunan qazların miqdarını və tərkibini dəyişdirmişdir. Buna görə də, alimin ilk işi, sınaqdan keçirdikləri bütün alətləri diqqətlə qurutmaq idi və tədqiq olunan qazdan ən az nəm nahiyəsini istisna edirdi. Bütün bu manipulyasiyalardan sonra ilk neçə təcrübələr daha etibarlı olub.

Dalton bu məsələni həmkarından daha uzadıb və nəticələrini XIX əsrin əvvəllərində də nəşr etdi. Havanı kükürd turşusu buxarları ilə qurutdu və sonra onu qızdırdı. Bir sıra eksperimentlərdən sonra, John bütün qazların və buxarların 0,376 faktorla genişləndiyinə dair bir nəticəyə gəldi. Lussac sayı 0,375-ə çatdı. Bu işin rəsmi nəticəsi oldu.

Su buxarı elastikliyi

Qazların istilik genişlənməsi onların elastikliyindən, yəni orijinal həcminə qayıtma qabiliyyətindən asılıdır. İlk sual 18-ci əsrin ortalarında Ziegler'i araşdırmağa başladı. Amma təcrübələrinin nəticələri çox fərqli idi. Daha etibarlı rəqəmlər yüksək temperatur üçün qazan istifadə edən və aşağı temperatur üçün barometr istifadə edən James Watt tərəfindən əldə edilmişdir.

18-ci əsrin sonunda fransız fizikası Prony qazların elastikliyini təsvir edən bir formul yaratmağa çalışdı, amma çox çətin və çətin istifadə olundu. Dalton bunun üçün bir sifon barometrindən istifadə edərək bütün hesablamaları sınaqdan keçirmək qərarına gəldi. Bütün eksperimentlərdə temperaturun eyni olmadığına baxmayaraq, nəticələr çox dəqiq idi. Ona görə də fizika mövzusunda dərs kitabında bir masa şəklində onları nəşr etdi.

Buxarlanma nəzəriyyəsi

Qazların istilik genişlənməsi (fiziki nəzəriyyə kimi) müxtəlif dəyişikliklərə məruz qalmışdır. Alimlər buxarın istehsal etdiyi proseslərin mahiyyətinə çatmağa çalışdılar. Burada yenidən fizik Dalton'a artıq tanınmış fərqlənir. O, bu su anbarında (otaqda) başqa bir qaz və ya buxarın olub-olmamasından asılı olmayaraq, hər hansı bir yerin qaz buxarları ilə doymuş olduğunu fərz etdi. Nəticədə, sıvının atmosfer havası ilə təmasda olduqları buxarlanmayacaq nəticələrə gəlmək olar.

Maye səthində hava sütununun təzyiqi atomlar arasında boşluqları artırır, onları parçalamaq və buxarlanmaq, yəni buxarın meydana gəlməsinə kömək edir. Lakin çəkisi güc buxar molekullarında hərəkət etməyə davam edir, elm adamları atmosfer təzyiqinin mayelərin buxarlanmasına təsir etmədiyini hesab edirlər.

Mayelərin genişləndirilməsi

Qazların genişlənməsi ilə paralel olaraq mayelərin istilik genişlənməsi tədqiq edilmişdir. Elmi araşdırma eyni alimlər tərəfindən aparılmışdır. Bunu etmək üçün onlar termometrlər, aerometrlər, əlaqəli gəmilər və digər vasitələrdən istifadə edirdilər.

Bütün təcrübələr birlikdə və hər biri ayrı-ayrılıqda Dalton nəzəriyyəsi, homojen sıvıların qızdırıldığı temperatur kvadratına nisbətdə genişləndiyini göstərir. Əlbəttə ki, temperatur nə qədər yüksək olsa, sıvı həcmi o qədər çoxdur, ancaq onun arasında birbaşa əlaqə yoxdur. Bütün mayelərin genişləndirilməsi dərəcəsi fərqli idi.

Suyun istilik genişlənməsi, məsələn, sıfır dərəcə Selsi ilə başlayır və temperaturun azalması ilə davam edir. Əvvəllər təcrübələrin bu nəticələri suyun genişlənməməsi ilə deyil, onun yerləşdiyi potensial daraldığına bağlı idi. Ancaq bir müddət sonra fiziki Delyuk bu səbəbin özü də sıxın içində axtarılmalı olduğu qənaətinə gəldi. O, ən böyük sıxlığı olan temperatur tapmağa qərar verdi. Ancaq bu, müəyyən detalların laqeydliyi səbəbindən uğursuz oldu. Bu fenomeni tədqiq edən Rumfort, maksimum sıxlığı 4 ilə 5 dərəcə Selsi səviyyəsində müşahidə etdiyini təyin etdi.

Cəsədlərin istilik genişlənməsi

Katılarda genişləndirilmənin əsas mexanizmi kristal qəfəsin vibrasiyasının amplitüdündakı dəyişiklikdir. Sadə bir şəkildə qoymaq üçün, maddi təşkil edən və bir-birinə sərt şəkildə tutan atomlar "titrə" başlayır.

Cisimlərin istilik genişləndirilməsi qanunu aşağıdakı kimi formalaşdırılmışdır: dT (delta T ilə ilkin temperatura və sonuncu arasındakı fərqdir) ilə isitmə prosesində linear ölçü L olan hər bir cisim dL ilə genişlənir (delta L obyektin uzunluğuna görə linear termal genişlənmə katsayısının törəməsi və fərqlə Temperatur). Bu, bədən bütün istiqamətlərdə dərhal genişləndiyini nəzərə alaraq bu qanunun ən sadə versiyasıdır. Amma əslində fiziki və riyaziyyatçılardan modellənmiş materiallar əslində praktik iş üçün daha həssas hesablamalardan istifadə olunur.

Rayonun istilik genişlənməsi

Dəmir yolunun çəkilməsi üçün fizikiçılar daima cəlb olunurlar, çünki onlar relslər birləşmələri arasındakı məsafəni düzgün hesablaya bilərlər ki, istilik və ya soyuduqda yollar deformasiya olunmur.

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, bütün qatı maddələr üçün istilik xətti genişləndirilməsi tətbiq edilir. Və dəmir yolu heç bir istisna idi. Ancaq bir detal var. Bədən sürtünmədən təsirlənməsə, xətti dəyişiklik sərbəst şəkildə baş verir. Raylar mürəkkəb bir şəkildə çarpayılara yerləşdirilir və bitişik relslərə qaynaqlanır, beləliklə, uzunluq dəyişikliyini təsvir edən qanunda qaçış və dayanıqlı müqavimət şəklində maneələrin aradan qaldırılması nəzərə alınır.

Dəmir uzunluğunu dəyişdirə bilmirsə, istilik dəyişikliyi ilə, istilik stressi artır, həm də onu uzatmaq və sıxmaq olar. Bu fenomen Hooke qanunu ilə təsvir edilir.