Inajulikana kuwa chini ya ushawishi wa chembe za joto huharakisha mwendo wao wa mtafaruku. Ikiwa unawasha gesi, basi molekuli zinazounda zitatawanyika tu kutoka kwa kila mmoja. Kioevu chenye joto kitaongezeka kwanza kwa kiasi, na kisha kuanza kuyeyuka. Nini kitatokea kwa yabisi? Si kila mmoja wao anayeweza kubadilisha hali yake ya kujumlisha.
Ufafanuzi wa upanuzi wa joto
Upanuzi wa joto ni badiliko la saizi na umbo la miili pamoja na mabadiliko ya halijoto. Kwa hisabati, inawezekana kuhesabu mgawo wa upanuzi wa volumetric, ambayo inafanya uwezekano wa kutabiri tabia ya gesi na vinywaji katika kubadilisha hali ya nje. Ili kupata matokeo sawa kwa mango, mgawo wa upanuzi wa mstari lazima uzingatiwe. Wanafizikia wameteua sehemu nzima ya aina hii ya utafiti na kuiita dilatometry.
Wahandisi na wasanifu wanahitaji ujuzi kuhusu tabia ya nyenzo tofauti chini ya ushawishi wa joto la juu na la chini kwa ajili ya kubuni ya majengo, kulaza barabara na mabomba.
Upanuzi wa gesi
Thermalupanuzi wa gesi unaambatana na upanuzi wa kiasi chao katika nafasi. Hili liligunduliwa na wanafalsafa wa asili katika nyakati za zamani, lakini wanafizikia wa kisasa pekee waliweza kuunda hesabu za hisabati.
Kwanza kabisa, wanasayansi walipendezwa na upanuzi wa hewa, kwani ilionekana kwao kuwa kazi inayowezekana. Waliingia kwenye biashara kwa bidii sana hivi kwamba walipata matokeo yanayopingana. Kwa kawaida, jumuiya ya wanasayansi haikuridhika na matokeo hayo. Usahihi wa kipimo ulitegemea kipimajoto kilitumika, shinikizo, na hali nyingine mbalimbali. Wanafizikia wengine wamefikia hitimisho kwamba upanuzi wa gesi hautegemei mabadiliko ya joto. Au uraibu huu haujakamilika…
Hufanya kazi D alton na Gay-Lussac
Wanafizikia wangeendelea kubishana hadi wakomee sauti au wangeacha vipimo ikiwa sivyo kwa John D alton. Yeye na mwanafizikia mwingine, Gay-Lussac, waliweza kujitegemea kupata matokeo sawa ya kipimo kwa wakati mmoja.
Lussac ilijaribu kutafuta sababu ya matokeo mengi tofauti na ikabaini kuwa baadhi ya vifaa wakati wa jaribio vilikuwa na maji. Kwa kawaida, katika mchakato wa kupokanzwa, iligeuka kuwa mvuke na kubadilisha kiasi na muundo wa gesi zilizojifunza. Kwa hiyo, jambo la kwanza mwanasayansi alifanya ni kukausha kabisa vyombo vyote ambavyo alitumia kufanya jaribio, na kuwatenga hata asilimia ya chini ya unyevu kutoka kwa gesi chini ya utafiti. Baada ya hila hizi zote, majaribio machache ya kwanza yalionekana kuwa ya kuaminika zaidi.
D alton ilishughulikia suala hili kwa muda mrefu zaidimwenzake na kuchapisha matokeo mwanzoni mwa karne ya 19. Alikausha hewa kwa mvuke wa asidi ya salfa na kisha akaipasha moto. Baada ya mfululizo wa majaribio, John alifikia hitimisho kwamba gesi zote na mvuke hupanuka kwa sababu ya 0.376. Lussac ilipata nambari 0.375. Haya yakawa matokeo rasmi ya utafiti.
Elasticity ya mvuke wa maji
Mpanuko wa joto wa gesi hutegemea unyumbufu wao, yaani, uwezo wa kurudi kwenye ujazo wake wa asili. Ziegler alikuwa wa kwanza kuchunguza suala hili katikati ya karne ya kumi na nane. Lakini matokeo ya majaribio yake yalitofautiana sana. Takwimu zinazotegemeka zaidi zilipatikana na James Watt, ambaye alitumia kikauldron kwa viwango vya juu vya joto na kipimo cha kupima halijoto ya chini.
Mwishoni mwa karne ya 18, mwanafizikia Mfaransa Prony alijaribu kupata fomula moja ambayo ingeelezea unyumbufu wa gesi, lakini ikawa ngumu sana kutumia. D alton aliamua kujaribu mahesabu yote kwa nguvu, kwa kutumia barometer ya siphon kwa hili. Licha ya ukweli kwamba hali ya joto haikuwa sawa katika majaribio yote, matokeo yalikuwa sahihi sana. Kwa hivyo alizichapisha kama jedwali katika kitabu chake cha kiada cha fizikia.
Nadharia ya uvukizi
Upanuzi wa joto wa gesi (kama nadharia ya kimwili) umepitia mabadiliko mbalimbali. Wanasayansi walijaribu kupata chini ya michakato ambayo mvuke hutolewa. Hapa tena, mwanafizikia anayejulikana D alton alijitofautisha. Alidhania kuwa nafasi yoyote imejaa mvuke wa gesi, bila kujali kama iko kwenye hifadhi hii.(chumba) gesi au mvuke nyingine yoyote. Kwa hivyo, inaweza kuhitimishwa kuwa kioevu hakitayeyuka kwa kugusana tu na hewa ya angahewa.
Shinikizo la safu ya hewa kwenye uso wa kioevu huongeza nafasi kati ya atomi, ikizitenganisha na kuyeyuka, ambayo ni, inachangia uundaji wa mvuke. Lakini nguvu ya uvutano inaendelea kufanya kazi kwenye molekuli za mvuke, kwa hivyo wanasayansi walikokotoa kwamba shinikizo la anga haliathiri uvukizi wa vimiminiko.
Upanuzi wa maji
Upanuzi wa joto wa vimiminika ulichunguzwa sambamba na upanuzi wa gesi. Wanasayansi hao hao walihusika katika utafiti wa kisayansi. Ili kufanya hivyo, walitumia vipimajoto, aeromita, vyombo vya mawasiliano na vyombo vingine.
Majaribio yote kwa pamoja na kila moja lilikanusha kando nadharia ya D alton kwamba vimiminika vya homogeneous hupanuka kulingana na mraba wa halijoto ambapo vinapashwa. Bila shaka, joto la juu, kiasi kikubwa cha kioevu, lakini hapakuwa na uhusiano wa moja kwa moja kati yake. Ndiyo, na kasi ya upanuzi wa vimiminika vyote ilikuwa tofauti.
Upanuzi wa halijoto ya maji, kwa mfano, huanza kwa nyuzi joto sifuri na huendelea kadri halijoto inavyopungua. Hapo awali, matokeo hayo ya majaribio yalihusishwa na ukweli kwamba sio maji yenyewe ambayo yanapanua, lakini chombo ambacho iko hupungua. Lakini muda fulani baadaye, mwanafizikia Deluca hata hivyo alifikia hitimisho kwamba sababu inapaswa kutafutwa katika kioevu yenyewe. Aliamua kupata joto la msongamano wake mkubwa zaidi. Walakini, hakufanikiwa kwa sababu ya kupuuzwabaadhi ya maelezo. Rumforth, ambaye alichunguza jambo hili, aligundua kuwa kiwango cha juu cha msongamano wa maji huzingatiwa katika safu kutoka nyuzi 4 hadi 5 Celsius.
Upanuzi wa joto wa miili
Katika vitu vizito, utaratibu mkuu wa upanuzi ni badiliko la amplitude ya mitetemo ya kimiani ya fuwele. Kwa maneno rahisi, atomi zinazounda nyenzo na kuunganishwa kwa uthabiti huanza “kutetemeka.”
Sheria ya upanuzi wa joto wa miili imeundwa kama ifuatavyo: chombo chochote kilicho na saizi ya mstari L katika mchakato wa kupokanzwa kwa dT (delta T ni tofauti kati ya joto la awali na joto la mwisho), hupanuka kwa dL. (delta L ni derivative ya mgawo wa upanuzi wa joto wa mstari kwa urefu wa kitu na tofauti ya joto). Hii ndiyo toleo rahisi zaidi la sheria hii, ambayo kwa default inachukua kuzingatia kwamba mwili hupanua kwa pande zote mara moja. Lakini kwa kazi ya vitendo, mahesabu magumu zaidi hutumiwa, kwani kwa kweli nyenzo hufanya kazi tofauti na zile zinazotolewa na wanafizikia na wanahisabati.
Upanuzi wa joto wa reli
Wahandisi wa fizikia hushiriki kila mara katika kuweka njia ya reli, kwa kuwa wanaweza kukokotoa kwa usahihi umbali unaopaswa kuwa kati ya viungio vya reli ili njia zisiharibike zinapopashwa joto au kupozwa.
Kama ilivyotajwa hapo juu, upanuzi wa laini ya joto hutumika kwa vitu vikali vyote. Na reli sio ubaguzi. Lakini kuna maelezo moja. Mabadiliko ya mstarikwa uhuru hutokea ikiwa mwili hauathiriwa na nguvu ya msuguano. Reli zimeshikanishwa kwa uthabiti kwa walalaji na kuunganishwa kwa reli zilizo karibu, kwa hivyo sheria inayoelezea mabadiliko ya urefu inazingatia kushinda vizuizi kwa namna ya upinzani wa mstari na wa kitako.
Ikiwa reli haiwezi kubadilisha urefu wake, basi kwa mabadiliko ya hali ya joto, mkazo wa joto huongezeka ndani yake, ambayo inaweza kuinyoosha na kuibana. Jambo hili linafafanuliwa na Sheria ya Hooke.
