जर तुम्ही विद्युत तारांचे बारकाईने निरीक्षण केले, तर तुमच्या लक्षात येईल की त्या ढिलेपणामुळे खाली वाकलेल्या असतात. विद्युत तारांना फक्त ताणण्याऐवजी, मुद्दामहून सैल का ठेवले जाते? पूर्व नुसा तेंगारा येथील फ्लोरेस आणि लेंबाटामधील बहुतेक छप्परं जस्त (Zn) धातूची बनलेली असतात. दिवसा किंवा रात्री, जस्ताची छप्परं आवाज करतात. जस्त आवाज का करतो? जर तुम्ही जावा बेटावर राहत असाल, तर तुम्ही रेल्वे रुळ पाहिले असतील. रुळांच्या सांध्यांवर फटी असतात. रुळांच्या सांध्यांवरील या फटींचे कार्य काय आहे? प्रसरण या विषयाशी संबंधित अशा अनेक गोष्टी आहेत ज्याबद्दल तुम्ही विचार करू शकता आणि प्रश्न विचारू शकता.
लांबी विस्तार
बहुतेक घन पदार्थांचे तापमान बदलल्यावर त्यांच्यात रेषीय प्रसरण होते. याचा अर्थ लांबीमध्ये वाढ किंवा घट होणे. सामान्यतः, वस्तूचे तापमान वाढल्यावर तिची लांबी वाढते, तर तापमान कमी झाल्यावर तिची लांबी कमी होते. तुम्हाला असे वाटू शकते की रेषीय प्रसरण फक्त पातळ तारांसारख्या वस्तूंमध्येच होते. उदाहरणार्थ, रस्त्याच्या कडेला उन्हात उभी असलेली एक कार विचारात घ्या. जेव्हा कार जास्त गरम होते, तेव्हा तिची धातूची प्लेट जाड होऊ शकते किंवा तिच्या बाजूंची लांबी वाढू शकते. जस्त (झिंक) धातूच्या छतामध्येही रेषीय प्रसरण होऊ शकते. या बाबतीत, जेव्हा जस्त जास्त गरम होते, तेव्हा त्याच्या कडा प्रसरण पावतात आणि जस्त जाडही होऊ शकते. रेल्वे रुळ आणि लोखंडी किंवा पोलादी पुलांच्या बाबतीतही असेच घडते.
बहुतेक घन पदार्थ तापमान बदलल्यावर प्रसरण पावतात किंवा आकुंचन पावतात, म्हणून तापमानातील बदलांचा घन पदार्थांच्या प्रसरणावर कसा परिणाम होतो हे आपल्याला समजून घेणे आवश्यक आहे. उपकरणे, इमारती, वाहने इत्यादींची रचना करताना हे खूप उपयुक्त ठरते. उदाहरणार्थ, रेल्वे रुळांमधील फटी. रेल्वे रुळ स्टीलचे बनलेले असतात. अभियंत्यांनी प्रत्येक रुळामधील फटींची रुंदी मोजलेली असते. उष्ण दिवशी, रुळ काही सेंटीमीटरने प्रसरण पावतात. जेव्हा ट्रेन त्यावरून जाते, तेव्हा रुळांचे तापमानही वाढते, ज्यामुळे ते किती सेंटीमीटरने प्रसरण पावतात. थंड रात्री, रुळ किती सेंटीमीटरने आकुंचन पावतात. या विश्लेषणाच्या आधारे, अभियंते रुळांमधील फटींचे अंतर अशाप्रकारे अंदाजित करतात की, जेव्हा रुळांचे तापमान वाढते, तेव्हा ते एकमेकांना स्पर्श करून वाकणार नाहीत.
तापमानातील बदल आणि रेषीय प्रसरणाचे प्रमाण यांच्यातील संबंध दर्शवणारे सूत्र मिळवण्यासाठी, उजवीकडील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे प्रसरण पावणाऱ्या एका घन वस्तूचा विचार करा. मथळा: To = प्रारंभिक तापमान, T = अंतिम तापमान, Lo = सुरुवातीची लांबी, L = प्रसरणानंतरची लांबी, डेल्टा L = लांबीतील बदल, डेल्टा T = तापमानातील बदल.
जेव्हा वस्तूचे तापमान = T₀ असते (म्हणजे वस्तू थंड असते), तेव्हा वस्तूची लांबी = L₀ असते . जेव्हा वस्तूचे तापमान = T होते (म्हणजे वस्तूचे तापमान वाढते), तेव्हा वस्तूची लांबी = L असते. निरीक्षणे आणि प्रयोगांच्या निष्कर्षांनुसार, वस्तूच्या लांबीतील बदल हा तापमानातील बदलाच्या प्रमाणात असतो. तापमान वाढल्यास, वस्तूची लांबी वाढते. याउलट, तापमान कमी झाल्यास, वस्तूची लांबी कमी होते. वस्तूच्या लांबीतील बदल हा वस्तूच्या सुरुवातीच्या लांबीच्या (L₀) देखील प्रमाणात असतो . जर तापमानातील बदलाचे प्रमाण समान असेल, तर उदाहरणार्थ, १० मीटर लांबीच्या वस्तूची लांबी, केवळ ५ मीटर लांबीच्या वस्तूच्या तुलनेत दुप्पट वाढेल. त्यामुळे वस्तू जितकी लांब असेल, तितका तिचा विस्तार जास्त होतो.
वस्तूच्या लांबीतील बदल (डेल्टा एल) हा तापमानातील बदलाच्या (डेल्टा टी) समानुपाती असतो:
वस्तूच्या लांबीतील बदल (डेल्टा L) हा वस्तूच्या सुरुवातीच्या लांबीच्या (L) समानुपाती असतो.o):
प्रत्येक वस्तूच्या लांबीतील बदल वेगळा आहे, जरी तो मोठा असला तरी. तापमानातील बदल त्याचप्रमाणे, लोखंडाचे प्रसरण आणि काचेचे प्रसरण सारखे नसते. इतर वस्तूंच्या बाबतीतही हेच खरे आहे. म्हणून, रेषीय प्रसरण हे प्रत्येक वस्तूच्या रेषीय प्रसरण गुणांकावर अवलंबून असते. प्रत्येक वस्तूचा रेषीय प्रसरण गुणांक प्रयोगाद्वारे मिळवला जातो. रेषीय प्रसरण गुणांक जितका जास्त, तितकी लांबीतील वाढ जास्त. रेषीय प्रसरण गुणांक जितका कमी, तितकी लांबीतील वाढ कमी. असे म्हणता येईल की, वस्तूच्या लांबीतील बदल हा रेषीय प्रसरण गुणांकाच्या समानुपाती असतो.
वरील तीन तुलना एका समीकरणात मांडल्या आहेत:
प्रसरण किंवा आकुंचन झाल्यानंतर वस्तूची एकूण लांबी, वस्तूच्या सुरुवातीच्या लांबीची (L) बेरीज करून मिळवता येते.o) आणि वस्तूच्या लांबीतील बदल (डेल्टा एल).
जेव्हा तापमान बदलते (टीटी)o) ऋणात्मक असेल, तर लांबीतील बदल (LL)o) देखील नकारात्मक आहे. या प्रकरणात, वस्तूची लांबी कमी होते. याउलट, जर तापमानातील बदल (TT)o) सकारात्मक असल्यास, लांबीतील बदल (LLo) सुद्धा सकारात्मक आहे. या प्रकरणात वस्तूची लांबी वाढते.
खालील माहिती २० ° C तापमानावर स्थायूंच्या रेषीय प्रसरणांकाबद्दल आहे. द्रव आणि वायू आकार बदलतात, ज्यामुळे त्यांचे रेषीय प्रसरण होत नाही. स्थायूंचा रेषीय प्रसरणांक तापमानावरही अवलंबून असतो. वेगवेगळ्या तापमानांवर, स्थायूंचा रेषीय प्रसरणांक देखील बदलतो. जर तापमानातील फरक खूप जास्त नसेल, तर रेषीय प्रसरणांकातील फरकही खूप जास्त नसेल, त्यामुळे त्याकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते.
व्हॉल्यूम विस्तार
लांबीचे प्रसरण फक्त घन वस्तूंमध्येच होते, तर आकारमानाचे प्रसरण सर्व वस्तूंमध्ये, मग त्या घन, द्रव किंवा वायू असोत, होते. आकारमानाच्या प्रसरणाचे समीकरण हे लांबीच्या प्रसरणाच्या समीकरणासारखेच असते.
वरील आकारमान प्रसरणाचे समीकरण केवळ तेव्हाच लागू होते, जेव्हा एखाद्या वस्तूच्या (मग ती घन, द्रव किंवा वायू असो) आकारमानातील बदल हा त्या वस्तूच्या सुरुवातीच्या आकारमानापेक्षा कमी असतो. जर एखाद्या वस्तूच्या आकारमानातील बदल हा तिच्या सुरुवातीच्या आकारमानापेक्षा जास्त असेल, तर आकारमान प्रसरणाचे समीकरण अचूक परिणाम देत नाही. सामान्यतः घन वस्तूंच्या आकारमानात होणारा बदल फार मोठा नसतो. याउलट, द्रव आणि वायूंच्या आकारमान गुणांकाचे मूल्य बरेच मोठे असते. वायूंचा आकारमान गुणांक तापमानातील बदलांमुळे सहज बदलतो. त्यामुळे, वरील सूत्र केवळ घन वस्तूंच्या प्रसरणासाठी वापरले जाते. वायूच्या आकारमानातील बदल निश्चित करण्याचे सूत्र इयत्ता ११वी मध्ये वायूंच्या गतिज सिद्धांताच्या विषयात अभ्यासले जाईल.
