જો તમે વિદ્યુત કેબલ્સને નજીકથી જોશો, તો તમે જોશો કે તે ઢીલા પડવાના કારણે નીચે તરફ વળેલા છે. શા માટે વિદ્યુત કેબલને ફક્ત તણાવ આપવાને બદલે ઇરાદાપૂર્વક ઢીલા કરવામાં આવે છે? ફ્લોરેસ અને લેમ્બાટા, પૂર્વ નુસા ટેંગારામાં મોટાભાગની છત ઝીંક (Zn) ની બનેલી છે. દિવસ દરમિયાન અથવા રાત્રે, ઝીંક છત અવાજ કરે છે. ઝીંક અવાજ કેમ કરે છે? જો તમે જાવા ટાપુ પર રહો છો, તો તમે રેલમાર્ગના પાટા જોયા હશે. રેલ સાંધામાં ગાબડા છે. રેલ સાંધામાં આ ગાબડાઓનું કાર્ય શું છે? વિસ્તરણના વિષય સાથે સંબંધિત ઘણી બાબતો છે જેના વિશે તમે વિચારી શકો છો અને પૂછી શકો છો.
લંબાઈ વિસ્તરણ
મોટાભાગના ઘન પદાર્થોનું તાપમાન બદલાય ત્યારે રેખીય વિસ્તરણ થાય છે. આ લંબાઈમાં વધારો અથવા ઘટાડો દર્શાવે છે. સામાન્ય રીતે, કોઈ પણ પદાર્થની લંબાઈ તેના તાપમાનમાં વધારો સાથે વધે છે, જ્યારે તેની લંબાઈ તેના તાપમાનમાં ઘટાડો સાથે ઘટે છે. તમે વિચારી શકો છો કે રેખીય વિસ્તરણ ફક્ત પાતળા વાયર જેવા પદાર્થોમાં જ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સૂર્યપ્રકાશના સંપર્કમાં આવતા રસ્તાની બાજુમાં પાર્ક કરેલી કારનો વિચાર કરો. જ્યારે કાર વધુ ગરમ થાય છે, ત્યારે ધાતુની પ્લેટ જાડી થઈ શકે છે અથવા તેની બાજુઓની લંબાઈ વધી શકે છે. ઝિંક છત પણ રેખીય વિસ્તરણનો અનુભવ કરી શકે છે. આ કિસ્સામાં, જ્યારે ઝિંક વધુ ગરમ થાય છે, ત્યારે ઝિંકની ધાર વિસ્તરે છે અને ઝિંક પણ જાડી થઈ શકે છે. રેલમાર્ગના પાટા અને લોખંડ અથવા સ્ટીલના પુલો સાથે પણ આવું જ થાય છે.
મોટાભાગના ઘન પદાર્થોનું તાપમાન બદલાય ત્યારે વિસ્તરણ થાય છે અથવા સંકોચાય છે, તેથી આપણે એ સમજવાની જરૂર છે કે તાપમાનમાં ફેરફાર ઘન પદાર્થોના વિસ્તરણને કેવી રીતે અસર કરે છે. સાધનો, ઇમારતો, વાહનો વગેરે ડિઝાઇન કરતી વખતે આ ખૂબ મદદરૂપ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, રેલમાર્ગના પાટાઓમાં ગાબડા. રેલમાર્ગના પાટા સ્ટીલના બનેલા હોય છે. ઇજનેરોએ દરેક રેલ વચ્ચેના ગાબડાની પહોળાઈની ગણતરી કરી છે. ગરમ દિવસે, રેલમાર્ગ ઘણા સેન્ટિમીટર સુધી વિસ્તરશે. જ્યારે કોઈ ટ્રેન તેમના પરથી પસાર થાય છે, ત્યારે રેલમાર્ગનું તાપમાન પણ વધે છે, જેના કારણે રેલમાર્ગ કેટલા સેન્ટિમીટર સુધી વિસ્તરે છે. ઠંડી રાત્રે, રેલમાર્ગ કેટલા સેન્ટિમીટર સુધી સંકોચાય છે. વિશ્લેષણના આધારે, ઇજનેરો રેલમાર્ગના ગાબડા વચ્ચેના અંતરનો અંદાજ લગાવે છે જેથી જ્યારે રેલનું તાપમાન વધે છે, ત્યારે રેલમાર્ગ એકબીજાને સ્પર્શે નહીં અને વાંકા ન બને.
તાપમાનમાં ફેરફાર અને રેખીય વિસ્તરણની માત્રા વચ્ચેના સંબંધને દર્શાવતું સૂત્ર મેળવવામાં મદદ કરવા માટે, જમણી બાજુની આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, વિસ્તરણ હેઠળ રહેલા ઘન પદાર્થનો વિચાર કરો. કૅપ્શન: To = પ્રારંભિક તાપમાન, T = અંતિમ તાપમાન, Lo = પ્રારંભિક લંબાઈ, L = વિસ્તરણ પછીની લંબાઈ, ડેલ્ટા L = લંબાઈમાં ફેરફાર, ડેલ્ટા T = તાપમાનમાં ફેરફાર.
જ્યારે પદાર્થનું તાપમાન = T o (વસ્તુ હજુ પણ ઠંડુ હોય છે), ત્યારે પદાર્થની લંબાઈ = L o . જ્યારે પદાર્થનું તાપમાન = T (વસ્તુનું તાપમાન વધે છે), ત્યારે પદાર્થની લંબાઈ = L. અવલોકનો અને પ્રયોગોના પરિણામોના આધારે, પદાર્થની લંબાઈમાં ફેરફાર તાપમાનમાં ફેરફારના પ્રમાણસર છે. જો તાપમાન વધે છે, તો પદાર્થની લંબાઈ વધે છે. તેનાથી વિપરીત, જ્યારે તાપમાન ઘટે છે, ત્યારે પદાર્થની લંબાઈ ઘટે છે. પદાર્થની લંબાઈમાં ફેરફાર પણ પદાર્થની પ્રારંભિક લંબાઈ (L o ) ના પ્રમાણસર છે. જો તાપમાનમાં ફેરફારનું પ્રમાણ સમાન હોય, તો ઉદાહરણ તરીકે, 10 મીટર લાંબો પદાર્થ ફક્ત 5 મીટર લાંબા પદાર્થની તુલનામાં 2x લંબાઈમાં વધશે. તેથી પદાર્થ જેટલો લાંબો હશે, તેટલો પદાર્થનો વિસ્તરણ વધુ હશે.
પદાર્થની લંબાઈ (ડેલ્ટા L) માં થતો ફેરફાર તાપમાન (ડેલ્ટા T) માં થતા ફેરફારના પ્રમાણસર છે:
પદાર્થની લંબાઈ (ડેલ્ટા L) માં થતો ફેરફાર પદાર્થની પ્રારંભિક લંબાઈ (L) ના પ્રમાણસર છે.o):
દરેક વસ્તુની લંબાઈમાં ફેરફાર અલગ અલગ હોય છે. ભલે તે મોટો હોય તાપમાનમાં ફેરફાર તેવી જ રીતે, લોખંડ દ્વારા અનુભવાયેલ વિસ્તરણ કાચ દ્વારા અનુભવાયેલ વિસ્તરણ જેવું નથી. અન્ય પદાર્થો માટે પણ આ જ વાત સાચી છે. તેથી, રેખીય વિસ્તરણ દરેક પદાર્થના રેખીય વિસ્તરણના ગુણાંક પર આધાર રાખે છે. દરેક પદાર્થ માટે રેખીય વિસ્તરણનો ગુણાંક પ્રયોગ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. રેખીય વિસ્તરણનો ગુણાંક જેટલો મોટો હશે, લંબાઈમાં વધારો તેટલો વધારે હશે. રેખીય વિસ્તરણનો ગુણાંક જેટલો નાનો હશે, લંબાઈમાં વધારો એટલો ઓછો હશે. એવું કહી શકાય કે પદાર્થની લંબાઈમાં ફેરફાર રેખીય વિસ્તરણના ગુણાંકના પ્રમાણસર છે.
ઉપરોક્ત ત્રણ સરખામણીઓ સમીકરણમાં વ્યક્ત કરવામાં આવી છે:
વિસ્તરણ અથવા સંકોચન અનુભવ્યા પછી પદાર્થની કુલ લંબાઈ, પદાર્થની પ્રારંભિક લંબાઈ (L) ઉમેરીને મેળવી શકાય છે.o) અને ઑબ્જેક્ટ લંબાઈમાં ફેરફાર (ડેલ્ટા L).
જ્યારે તાપમાન બદલાય છે (ટીટી)o) ઋણ છે, પછી લંબાઈમાં ફેરફાર (LL)o) પણ નકારાત્મક છે. આ કિસ્સામાં, પદાર્થની લંબાઈ ઘટે છે. તેનાથી વિપરીત, જો તાપમાનમાં ફેરફાર (TT) થાય છેo) ધન છે, પછી લંબાઈમાં ફેરફાર (LLo) પણ ધન છે. આ કિસ્સામાં પદાર્થ લંબાઈમાં વધે છે.
20 ° સે તાપમાને ઘન પદાર્થોના રેખીય વિસ્તરણનો ગુણાંક નીચે મુજબ છે. પ્રવાહી અને વાયુઓ આકાર બદલે છે, જે તેમને રેખીય વિસ્તરણનો અનુભવ કરતા અટકાવે છે. ઘન પદાર્થોના રેખીય વિસ્તરણનો ગુણાંક તાપમાન પર પણ આધાર રાખે છે. વિવિધ તાપમાને, ઘન પદાર્થોના રેખીય વિસ્તરણનો ગુણાંક પણ બદલાય છે. જો તાપમાનનો તફાવત ખૂબ મોટો ન હોય, તો રેખીય વિસ્તરણના ગુણાંકમાં તફાવત પણ ખૂબ મોટો નહીં હોય, તેથી તેને અવગણી શકાય છે.
વોલ્યુમ વિસ્તરણ
લંબાઈનું વિસ્તરણ ફક્ત ઘન પદાર્થો દ્વારા જ અનુભવાય છે, ઘન, પ્રવાહી કે વાયુયુક્ત તમામ પદાર્થો દ્વારા વોલ્યુમનું વિસ્તરણ અનુભવાય છે. વોલ્યુમ વિસ્તરણ માટેનું સમીકરણ લંબાઈ વિસ્તરણ માટેના સમીકરણ જેવું જ છે.
ઉપરોક્ત વોલ્યુમ વિસ્તરણ સમીકરણ ફક્ત ત્યારે જ માન્ય છે જ્યારે કોઈ પદાર્થ (પછી તે ઘન, પ્રવાહી કે વાયુ હોય) ના વોલ્યુમમાં ફેરફાર પદાર્થના પ્રારંભિક વોલ્યુમ કરતા ઓછો હોય. જો કોઈ પદાર્થના વોલ્યુમમાં ફેરફાર પદાર્થના પ્રારંભિક વોલ્યુમ કરતા વધારે હોય, તો વોલ્યુમ વિસ્તરણ સમીકરણ ચોક્કસ પરિણામો પ્રદાન કરતું નથી. સામાન્ય રીતે ઘન પદાર્થો દ્વારા અનુભવાયેલ વોલ્યુમ ફેરફાર ખૂબ મોટો હોતો નથી. તેનાથી વિપરીત, પ્રવાહી અને વાયુઓનું વોલ્યુમ ગુણાંક મૂલ્ય ખૂબ મોટું હોય છે. તાપમાનમાં ફેરફાર સાથે વાયુઓ માટે વોલ્યુમ ગુણાંક પણ સરળતાથી બદલાય છે. તેથી, ઉપરોક્ત સૂત્રનો ઉપયોગ ફક્ત ઘન પદાર્થોના વિસ્તરણ માટે થાય છે. ગેસના વોલ્યુમમાં ફેરફાર નક્કી કરવા માટેના સૂત્રનો અભ્યાસ ધોરણ 11 માં વાયુઓના ગતિ સિદ્ધાંતના વિષયમાં કરવામાં આવશે.
