ನೀವು ವಿದ್ಯುತ್ ಕೇಬಲ್‌ಗಳನ್ನು ಸೂಕ್ಷ್ಮವಾಗಿ ಗಮನಿಸಿದರೆ, ಅವು ಸಡಿಲತೆಯಿಂದಾಗಿ ಕೆಳಮುಖವಾಗಿ ವಕ್ರವಾಗಿರುವುದನ್ನು ನೀವು ಗಮನಿಸಬಹುದು. ವಿದ್ಯುತ್ ಕೇಬಲ್‌ಗಳನ್ನು ಸರಳವಾಗಿ ಒತ್ತಡಕ್ಕೆ ಒಳಪಡಿಸುವ ಬದಲು ಉದ್ದೇಶಪೂರ್ವಕವಾಗಿ ಏಕೆ ಸಡಿಲಗೊಳಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ? ಪೂರ್ವ ನುಸಾ ಟೆಂಗಾರಾದ ಫ್ಲೋರ್ಸ್ ಮತ್ತು ಲೆಂಬಾಟಾದಲ್ಲಿನ ಹೆಚ್ಚಿನ ಛಾವಣಿಗಳು ಸತು (Zn) ನಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ. ಹಗಲು ಅಥವಾ ರಾತ್ರಿಯಲ್ಲಿ, ಸತು ಛಾವಣಿಗಳು ಶಬ್ದ ಮಾಡುತ್ತವೆ. ಸತು ಏಕೆ ಶಬ್ದ ಮಾಡುತ್ತದೆ? ನೀವು ಜಾವಾ ದ್ವೀಪದಲ್ಲಿ ವಾಸಿಸುತ್ತಿದ್ದರೆ, ನೀವು ರೈಲು ಹಳಿಗಳನ್ನು ಗಮನಿಸಿರಬಹುದು. ರೈಲು ಕೀಲುಗಳಲ್ಲಿ ಅಂತರಗಳಿವೆ. ರೈಲು ಕೀಲುಗಳಲ್ಲಿ ಈ ಅಂತರಗಳ ಕಾರ್ಯವೇನು? ವಿಸ್ತರಣೆಯ ವಿಷಯಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ನೀವು ಯೋಚಿಸಬಹುದಾದ ಮತ್ತು ಕೇಳಬಹುದಾದ ಹಲವು ವಿಷಯಗಳಿವೆ.
ಉದ್ದ ವಿಸ್ತರಣೆ
ಹೆಚ್ಚಿನ ಘನವಸ್ತುಗಳು ಅವುಗಳ ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾದಾಗ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಗೆ ಒಳಗಾಗುತ್ತವೆ. ಇದು ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಹೆಚ್ಚಳ ಅಥವಾ ಇಳಿಕೆಯನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ವಿಶಿಷ್ಟವಾಗಿ, ವಸ್ತುವಿನ ಉಷ್ಣತೆ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ಅದರ ಉದ್ದವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಅದರ ಉಷ್ಣತೆ ಕಡಿಮೆಯಾದಂತೆ ಅದರ ಉದ್ದವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ತೆಳುವಾದ ತಂತಿಗಳಂತಹ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಮಾತ್ರ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನೀವು ಭಾವಿಸಬಹುದು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಸೂರ್ಯನ ಬೆಳಕಿಗೆ ಒಡ್ಡಿಕೊಂಡ ರಸ್ತೆಯ ಬದಿಯಲ್ಲಿ ನಿಲ್ಲಿಸಲಾದ ಕಾರನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಿ. ಕಾರು ಹೆಚ್ಚು ಬಿಸಿಯಾದಾಗ, ಲೋಹದ ತಟ್ಟೆ ದಪ್ಪವಾಗಬಹುದು ಅಥವಾ ಅದರ ಬದಿಗಳ ಉದ್ದವು ಹೆಚ್ಚಾಗಬಹುದು. ಸತುವು ಛಾವಣಿಯು ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯನ್ನು ಸಹ ಅನುಭವಿಸಬಹುದು. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಸತುವು ಹೆಚ್ಚು ಬಿಸಿಯಾದಾಗ, ಸತುವಿನ ಅಂಚುಗಳು ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಸತುವು ಸಹ ದಪ್ಪವಾಗಬಹುದು. ರೈಲು ಹಳಿಗಳು ಮತ್ತು ಕಬ್ಬಿಣ ಅಥವಾ ಉಕ್ಕಿನ ಸೇತುವೆಗಳಿಗೂ ಅದೇ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ.
ಹೆಚ್ಚಿನ ಘನವಸ್ತುಗಳು ಅವುಗಳ ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾದಾಗ ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ ಅಥವಾ ಸಂಕುಚಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಘನವಸ್ತುಗಳ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಮೇಲೆ ಹೇಗೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನಾವು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಬೇಕು. ಉಪಕರಣಗಳು, ಕಟ್ಟಡಗಳು, ವಾಹನಗಳು ಇತ್ಯಾದಿಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸುವಾಗ ಇದು ತುಂಬಾ ಸಹಾಯಕವಾಗಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ರೈಲು ಹಳಿಗಳಲ್ಲಿನ ಅಂತರಗಳು. ರೈಲು ಹಳಿಗಳನ್ನು ಉಕ್ಕಿನಿಂದ ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿ ಹಳಿಯ ನಡುವಿನ ಅಂತರದ ಅಗಲವನ್ನು ಎಂಜಿನಿಯರ್‌ಗಳು ಲೆಕ್ಕ ಹಾಕಿದ್ದಾರೆ. ಬಿಸಿಲಿನ ದಿನದಲ್ಲಿ, ಹಳಿಗಳು ಹಲವಾರು ಸೆಂಟಿಮೀಟರ್‌ಗಳಷ್ಟು ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ. ರೈಲು ಅವುಗಳ ಮೇಲೆ ಹಾದುಹೋದಾಗ, ಹಳಿಗಳ ಉಷ್ಣತೆಯೂ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಹಳಿಗಳು ಎಷ್ಟು ಸೆಂಟಿಮೀಟರ್‌ಗಳಷ್ಟು ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ. ತಂಪಾದ ರಾತ್ರಿಯಲ್ಲಿ, ಹಳಿಗಳು ಎಷ್ಟು ಸೆಂಟಿಮೀಟರ್‌ಗಳಷ್ಟು ಕುಗ್ಗುತ್ತವೆ. ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಎಂಜಿನಿಯರ್‌ಗಳು ರೈಲು ಅಂತರಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರವನ್ನು ಅಂದಾಜು ಮಾಡುತ್ತಾರೆ ಇದರಿಂದ ಹಳಿ ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ, ಹಳಿಗಳು ಪರಸ್ಪರ ಸ್ಪರ್ಶಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಬಾಗುತ್ತವೆ.
ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾವಣೆ ಮತ್ತು ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಪ್ರಮಾಣದ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಹೇಳುವ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಪಡೆಯಲು ನಮಗೆ ಸಹಾಯ ಮಾಡಲು, ಬಲಭಾಗದಲ್ಲಿರುವ ಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ ವಿಸ್ತರಣೆಗೆ ಒಳಗಾಗುವ ಘನ ವಸ್ತುವನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಿ. ಶೀರ್ಷಿಕೆ: To = ಆರಂಭಿಕ ತಾಪಮಾನ, T = ಅಂತಿಮ ತಾಪಮಾನ, Lo = ಆರಂಭಿಕ ಉದ್ದ, L = ವಿಸ್ತರಣೆಯ ನಂತರದ ಉದ್ದ, ಡೆಲ್ಟಾ L = ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ, ಡೆಲ್ಟಾ T = ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ.
ವಸ್ತುವಿನ ಉಷ್ಣತೆ = T o (ವಸ್ತುವು ಇನ್ನೂ ತಂಪಾಗಿರುವಾಗ), ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದ = L o . ವಸ್ತುವಿನ ಉಷ್ಣತೆ = T (ವಸ್ತುವಿನ ಉಷ್ಣತೆ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗ), ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದ = L. ವೀಕ್ಷಣೆಗಳು ಮತ್ತು ಪ್ರಯೋಗಗಳ ಫಲಿತಾಂಶಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಾದರೆ, ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ತಾಪಮಾನ ಕಡಿಮೆಯಾದಾಗ, ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು ವಸ್ತುವಿನ ಆರಂಭಿಕ ಉದ್ದಕ್ಕೆ (L o ) ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ. ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾವಣೆಯ ಪ್ರಮಾಣವು ಒಂದೇ ಆಗಿದ್ದರೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ, 10 ಮೀಟರ್ ಉದ್ದವಿರುವ ವಸ್ತುವು ಕೇವಲ 5 ಮೀಟರ್ ಉದ್ದವಿರುವ ವಸ್ತುವಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ 2x ಉದ್ದವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ ವಸ್ತುವು ಉದ್ದವಾಗಿದ್ದಷ್ಟೂ, ವಸ್ತುವಿನ ವಿಸ್ತರಣೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.
ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ (ಡೆಲ್ಟಾ L) ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗೆ (ಡೆಲ್ಟಾ T) ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ:
ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ (ಡೆಲ್ಟಾ L) ವಸ್ತುವಿನ ಆರಂಭಿಕ ಉದ್ದಕ್ಕೆ (L) ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ.o):
ಪ್ರತಿಯೊಂದು ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು ವಿಭಿನ್ನವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಅದು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದ್ದರೂ ಸಹ ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಅದೇ ರೀತಿ, ಕಬ್ಬಿಣದಿಂದ ಅನುಭವಿಸುವ ವಿಸ್ತರಣೆಯು ಗಾಜಿನಿಂದ ಅನುಭವಿಸಲ್ಪಡುವ ವಿಸ್ತರಣೆಯಂತೆಯೇ ಇರುವುದಿಲ್ಲ. ಇತರ ವಸ್ತುಗಳಿಗೂ ಇದು ನಿಜ. ಆದ್ದರಿಂದ, ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯು ಪ್ರತಿಯೊಂದು ವಸ್ತುವಿನ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ವಸ್ತುವಿನ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕವನ್ನು ಪ್ರಯೋಗದ ಮೂಲಕ ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕ ದೊಡ್ಡದಾದಷ್ಟೂ ಉದ್ದದ ಹೆಚ್ಚಳ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕ ಚಿಕ್ಕದಾದಷ್ಟೂ ಉದ್ದದ ಹೆಚ್ಚಳ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕಕ್ಕೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ ಎಂದು ಹೇಳಬಹುದು.
ಮೇಲಿನ ಮೂರು ಹೋಲಿಕೆಗಳನ್ನು ಒಂದು ಸಮೀಕರಣದಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ:
ವಿಸ್ತರಣೆ ಅಥವಾ ಸಂಕೋಚನವನ್ನು ಅನುಭವಿಸಿದ ನಂತರ ವಸ್ತುವಿನ ಒಟ್ಟು ಉದ್ದವನ್ನು ವಸ್ತುವಿನ ಆರಂಭಿಕ ಉದ್ದವನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಪಡೆಯಬಹುದು (Lo) ಮತ್ತು ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳು (ಡೆಲ್ಟಾ L).
ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾದಾಗ (ಟಿಟಿ)o) ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿದ್ದರೆ, ನಂತರ ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ (LL)o) ಕೂಡ ಋಣಾತ್ಮಕವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾದರೆ (TTo) ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿದ್ದರೆ, ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ (LLo) ಕೂಡ ಧನಾತ್ಮಕವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ವಸ್ತುವಿನ ಉದ್ದ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.
20 ° C ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಘನವಸ್ತುಗಳ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕವು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿರುತ್ತದೆ. ದ್ರವಗಳು ಮತ್ತು ಅನಿಲಗಳು ಆಕಾರವನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತವೆ, ಅವು ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯನ್ನು ಅನುಭವಿಸುವುದನ್ನು ತಡೆಯುತ್ತವೆ. ಘನವಸ್ತುಗಳ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕವು ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ವಿಭಿನ್ನ ತಾಪಮಾನಗಳಲ್ಲಿ, ಘನವಸ್ತುಗಳ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕವು ಸಹ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಿಲ್ಲದಿದ್ದರೆ, ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕದಲ್ಲಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಿರುವುದಿಲ್ಲ, ಆದ್ದರಿಂದ ಅದನ್ನು ನಿರ್ಲಕ್ಷಿಸಬಹುದು.
ವಾಲ್ಯೂಮ್ ವಿಸ್ತರಣೆ
ಉದ್ದದ ವಿಸ್ತರಣೆಯನ್ನು ಘನ ವಸ್ತುಗಳು ಮಾತ್ರ ಅನುಭವಿಸುತ್ತವೆ, ಘನ, ದ್ರವ ಅಥವಾ ಅನಿಲವಾಗಿದ್ದರೂ ಎಲ್ಲಾ ವಸ್ತುಗಳು ಘನ, ದ್ರವ ಅಥವಾ ಅನಿಲ ವಿಸ್ತರಣೆಯನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತವೆ. ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಸಮೀಕರಣವು ಉದ್ದದ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಹೋಲುತ್ತದೆ.
ವಸ್ತುವಿನ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು (ಘನ, ದ್ರವ ಅಥವಾ ಅನಿಲವಾಗಿದ್ದರೂ) ವಸ್ತುವಿನ ಆರಂಭಿಕ ಪರಿಮಾಣಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿದ್ದರೆ ಮಾತ್ರ ಮೇಲಿನ ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಸಮೀಕರಣವು ಮಾನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ವಸ್ತುವಿನ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು ವಸ್ತುವಿನ ಆರಂಭಿಕ ಪರಿಮಾಣಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದ್ದರೆ, ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಸಮೀಕರಣವು ನಿಖರವಾದ ಫಲಿತಾಂಶಗಳನ್ನು ನೀಡುವುದಿಲ್ಲ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಘನ ವಸ್ತುಗಳು ಅನುಭವಿಸುವ ಪರಿಮಾಣ ಬದಲಾವಣೆಯು ತುಂಬಾ ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ದ್ರವಗಳು ಮತ್ತು ಅನಿಲಗಳ ಪರಿಮಾಣ ಗುಣಾಂಕ ಮೌಲ್ಯವು ಸಾಕಷ್ಟು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ. ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಅನಿಲಗಳ ಪರಿಮಾಣ ಗುಣಾಂಕವು ಸುಲಭವಾಗಿ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಮೇಲಿನ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಘನ ವಸ್ತುಗಳ ವಿಸ್ತರಣೆಗೆ ಮಾತ್ರ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅನಿಲ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುವ ಸೂತ್ರವನ್ನು ಗ್ರೇಡ್ 11 ರಲ್ಲಿ ಅನಿಲಗಳ ಚಲನ ಸಿದ್ಧಾಂತದ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ.
