Жылуулуктун таасири астында бөлүкчөлөр өздөрүнүн баш аламан кыймылын тездете тургандыгы белгилүү. Эгерде сиз газды ысытсаңыз, анда аны түзгөн молекулалар жөн эле бири-биринен чачырап кетет. ысытылган суюктук биринчи көлөмү көбөйөт, андан кийин бууланып баштайт. Катуу заттар эмне болот? Алардын баары биригүү абалын өзгөртө албайт.
Жылуулук кеңейүү аныктамасы
Термикалык кеңейүү – температуранын өзгөрүшү менен денелердин өлчөмүнүн жана формасынын өзгөрүшү. Математикалык жактан көлөмдүк кеңейүү коэффициентин эсептөөгө болот, бул өзгөрүп жаткан тышкы шарттарда газдардын жана суюктуктардын жүрүм-турумун алдын ала айтууга мүмкүндүк берет. Катуу заттар үчүн бирдей натыйжаларды алуу үчүн сызыктуу кеңейүү коэффициентин эске алуу керек. Физиктер мындай изилдөө үчүн бүтүндөй бир бөлүмдү бөлүп алышкан жана аны дилатометрия деп аташкан.
Инженерлер жана архитекторлор имараттарды долбоорлоо, жолдорду жана түтүктөрдү төшөө үчүн жогорку жана төмөнкү температуранын таасири астында түрдүү материалдардын жүрүм-туруму жөнүндө билимге муктаж.
Газды кеңейтүү
Жылуулукгаздардын кеңейиши космосто алардын көлөмүнүн кеңейиши менен коштолот. Муну байыркы убакта натурфилософтор байкашкан, бирок математикалык эсептөөлөрдү заманбап физиктер гана түзө алышкан.
Биринчиден, илимпоздор абанын кеңейишине кызыгышты, анткени алар үчүн бул ишке аша турган иш болуп көрүнгөн. Алар бизнеске ушунчалык ынталуу киришкендиктен, тескерисинче, карама-каршы натыйжаларга жетишти. Албетте, илимий коомчулук мындай жыйынтыкка канааттанган жок. Өлчөөнүн тактыгы кайсы термометр колдонулганына, басымга жана башка ар кандай шарттарга жараша болгон. Кээ бир физиктер газдардын кеңейиши температуранын өзгөрүшүнө көз каранды эмес деген тыянакка келишкен. Же бул көз карандылык толук эмеспи…
Дальтон менен Гей-Люссактын эмгектери
Физиктер Джон Далтон болбогондо, өкүрүк чыкканга чейин талашып-тартышты же өлчөөлөрдү таштамак. Ал жана дагы бир физик Гей-Люссак бир эле учурда бирдей өлчөө натыйжаларын өз алдынча ала алышты.
Люссак мынчалык көп түрдүү натыйжалардын себебин табууга аракет кылып, эксперимент учурунда кээ бир аппараттарда суу бар экенин байкаган. Табигый, ысытуу процессинде ал бууга айланып, изилденген газдардын өлчөмүн жана курамын өзгөрткөн. Ошондуктан илимпоздун жасаган биринчи иши - эксперимент жургузуу учун колдонгон бардык приборлорду жакшылап кургатуу жана изилденип жаткан газдан нымдуулуктун минималдуу процентин да жок кылуу. Бардык бул манипуляциялардан кийин, биринчи бир нече эксперимент ишенимдүү болуп чыкты.
Дальтон бул маселени көбүрөөк чечтианын кесиптеши жана жыйынтыктарын 19-кылымдын башында жарыялаган. Ал абаны күкүрт кислотасынын буусу менен кургатып, анан ысыткан. Бир катар эксперименттерден кийин Жон бардык газдар менен буулар 0,376 эсе кеңейет деген жыйынтыкка келген. Луссак 0,375 санын алды. Бул изилдөөнүн расмий жыйынтыгы болуп калды.
Суу буусунун ийкемдүүлүгү
Газдардын термикалык кеңейиши алардын ийкемдүүлүгүнө, башкача айтканда баштапкы көлөмүнө кайтуу мүмкүнчүлүгүнө жараша болот. Зиглер бул маселени биринчилерден болуп XVIII кылымдын ортосунда изилдеген. Бирок анын эксперименттеринин натыйжалары өтө ар түрдүү болгон. Ишенимдүү сандарды Джеймс Уотт алды, ал жогорку температуралар үчүн казан жана төмөнкү температуралар үчүн барометрди колдонгон.
18-кылымдын аягында француз физиги Прони газдардын ийкемдүүлүгүн сүрөттөй турган бирдиктүү формула чыгарууга аракет кылган, бирок ал өтө түйшүктүү жана колдонуу кыйын болуп чыкты. Далтон бул үчүн сифондук барометрди колдонуп, бардык эсептөөлөрдү эмпирикалык түрдө сынап көрүүнү чечти. Бардык эксперименттерде температура бирдей болбогондугуна карабастан, натыйжалар абдан так болду. Ошентип, ал физика окуу китебинде аларды таблица катары басып чыгарган.
Буулануу теориясы
Газдардын термикалык кеңейиши (физикалык теория катары) ар кандай өзгөрүүлөргө дуушар болгон. Окумуштуулар буу пайда болгон процесстердин түбүнө жетүүгө аракет кылышкан. Бул жерде дагы атактуу физик Далтон өзгөчөлөндү. Ал ар кандай мейкиндик бул резервуарда бар-болбогонуна карабастан, газ буусу менен каныккан деген гипотезаны айткан.(бөлмө) ар кандай башка газ же буу. Демек, суюктук атмосфералык абага тийип эле бууланып кетпейт деген тыянак чыгарууга болот.
Аба колонкасынын суюктуктун бетиндеги басымы атомдордун ортосундагы мейкиндикти көбөйтүп, аларды ажыратып, буулантат, башкача айтканда, буу пайда болушуна шарт түзөт. Бирок тартылуу күчү буу молекулаларына таасир этүүнү улантууда, ошондуктан окумуштуулар атмосфера басымы суюктуктардын бууланышына эч кандай таасир этпей турганын эсептеп чыгышты.
Суюктуктардын кеңейиши
Суюктуктардын термикалык кеңейүүсү газдардын кеңейиши менен катар изилденген. Ошол эле окумуштуулар илимий изилдөөлөр менен алектенишкен. Бул үчүн алар термометрлерди, аэрометрлерди, байланыштыруучу идиштерди жана башка аспаптарды колдонушкан.
Бардык эксперименттер чогуу жана ар бири өзүнчө бир тектүү суюктуктар ысытылган температуранын квадратына пропорционалдуу кеңейет деген Далтондун теориясын жокко чыгарышты. Албетте, температура канчалык жогору болсо, суюктуктун көлөмү ошончолук чоң болот, бирок анын ортосунда түз байланыш болгон эмес. Ооба, бардык суюктуктардын кеңейүү ылдамдыгы ар кандай болгон.
Суунун термикалык кеңейиши, мисалы, Цельсий боюнча нөл градустан башталып, температура төмөндөгөн сайын уланат. Буга чейин эксперименттердин мындай натыйжалары суунун өзү эмес, ал жайгашкан идиштин тарышы менен байланышкан. Бирок бир нече убакыт өткөндөн кийин, физик Делука ошентсе да, себебин суюктуктун өзүнөн издөө керек деген жыйынтыкка келген. Анын эң чоң тыгыздыгынын температурасын табууну чечти. Бирок кайдыгерликтин айынан ишке ашкан жоккээ бир майда-чүйдөсүнө чейин. Бул кубулушту изилдеген Рамфорт суунун максималдуу тыгыздыгы Цельсий боюнча 4 градустан 5 градуска чейинки аралыкта байкалаарын аныктады.
Денелердин термикалык кеңейиши
Катуу заттарда кеңейүүнүн негизги механизми болуп кристалл торчосунун термелүү амплитудасынын өзгөрүшү саналат. Жөнөкөй сөз менен айтканда, материалды түзгөн жана бири-бири менен тыгыз байланышта болгон атомдор “титиреп” баштайт.
Денелердин жылуулук кеңейүү мыйзамы төмөнкүчө формулировкаланган: сызыктуу өлчөмү L болгон ар кандай дене dT ысытуу процессинде (дельта T – баштапкы температура менен акыркы температуранын айырмасы), dLге кеңейет (дельта L – объектинин узундугу жана температуранын айырмасы боюнча сызыктуу жылуулук кеңейүү коэффициентинин туундусу). Бул демейки боюнча дене бир эле учурда бардык багыттар боюнча кеңейип жатканын эске алат, бул мыйзамдын жөнөкөй версия болуп саналат. Бирок практикалык иш үчүн алда канча түйшүктүү эсептөөлөр колдонулат, анткени чындыгында материалдар физиктер жана математиктер моделдегенден башкачараак.
Рельстин термикалык кеңейиши
Физиктер темир жолду төшөөгө ар дайым катышышат, анткени алар ысытылганда же муздаганда рельстер деформацияланбашы үчүн рельс түйүндөрүнүн ортосунда канча аралык болушу керектигин так эсептей алышат.
Жогоруда айтылгандай, жылуулук сызыктуу кеңейүү бардык катуу заттарга тиешелүү. Ал эми темир жол да өзгөчө эмес. Бирок бир деталь бар. Сызыктуу өзгөрүүденеге сүрүлүү күчү таасир этпесе, эркин пайда болот. Рельстер шпалдарга катуу бекитилет жана жанаша рельстерге ширетилген, ошондуктан узундуктун өзгөрүшүн сүрөттөгөн мыйзам сызыктуу жана так каршылык түрүндөгү тоскоолдуктарды жеңүүнү эске алат.
Эгер рельс узундугун өзгөртө албаса, анда температуранын өзгөрүшү менен андагы термикалык стресс күчөйт, бул аны созуп да, кысып да алат. Бул көрүнүш Гук мыйзамы менен сүрөттөлөт.
