मूलभूत भौतिकशास्त्र शिकवणी

थर्मॉमीटर आणि तापमान मोजण्याच्या साधनांविषयी लेख

१. थर्मॉमीटर

तापमान मोजण्यासाठी बनवलेल्या उपकरणाला थर्मामीटर म्हणतात. थर्मामीटरचे अनेक प्रकार आहेत, परंतु त्यांचे कार्यतत्त्व एकच आहे. सामान्यतः, आपण अशा वस्तू वापरतो ज्यांचा पदार्थ तापमानानुसार बदलतो. जर वस्तूचे तापमान बदलले, तर त्या वस्तूचा आकार आणि रूपदेखील बदलते. बहुतेक थर्मामीटरमध्ये अशा वस्तू वापरल्या जातात ज्या तापमान बदलल्यावर प्रसरण किंवा आकुंचन पावू शकतात. सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या थर्मामीटरमध्ये काचेच्या नळ्या असतात, ज्यांच्या मध्यभागी अल्कोहोल किंवा पारा असतो. जेव्हा तापमान वाढते, तेव्हा पात्रातील अल्कोहोल किंवा पारा प्रसरण पावतो, ज्यामुळे अल्कोहोल किंवा पाऱ्याच्या स्तंभाची लांबी वाढते. याउलट, जेव्हा तापमान कमी होते, तेव्हा अल्कोहोल किंवा पाऱ्याच्या स्तंभाची लांबी कमी होते. काचेच्या नळीच्या बाहेरील बाजूस अंक असतात, जे थर्मामीटरचे मापक (स्केल) असतात. अल्कोहोल किंवा पाऱ्याच्या स्तंभाच्या वरच्या टोकाजवळ दिसणारा अंक, मोजल्या जाणाऱ्या वस्तूच्या तापमानाचे मूल्य दर्शवतो.

अधिक वाचा

उष्मागतिकीच्या शून्य नियमाबद्दलचा लेख

आतापर्यंत आपण केवळ संपर्कात असलेल्या दोन वस्तूंमध्ये अनुभवल्या जाणाऱ्या औष्णिक समतोलाचेच निरीक्षण केले आहे.

औष्णिक समतोलाची संकल्पना अधिक सखोलपणे समजून घेण्यासाठी, आपण तीन वस्तूंचा (समजा वस्तू A, वस्तू B आणि वस्तू C) आढावा घेऊया. उदाहरणार्थ, वस्तू B आणि वस्तू C एकमेकांना स्पर्श करत नाहीत, परंतु वस्तू A ही वस्तू B च्या संपर्कात आहे आणि वस्तू A ही वस्तू C च्या संपर्कात आहे. खालील चित्राचे निरीक्षण करा. एकमेकांच्या संपर्कात असूनही वस्तू A आणि वस्तू B औष्णिक समतोलात असल्यामुळे, वस्तू A आणि वस्तू C सुद्धा औष्णिक समतोलात आहेत. ज्या वस्तू B आणि C एकमेकांना स्पर्श करत नाहीत, त्या सुद्धा औष्णिक समतोलात आहेत का? जर आपण केवळ तर्काचा वापर केला, तर आपण म्हणू शकतो की वस्तू B आणि वस्तू C एकमेकांच्या संपर्कात नसतानाही औष्णिक समतोलात आहेत. वस्तू A आणि वस्तू B औष्णिक समतोलात आहेत, याचा अर्थ वस्तू A चे तापमान = वस्तू B चे तापमान.

अधिक वाचा

तापमानाची व्याख्या आणि औष्णिक समतोल याबद्दलचा लेख

तापमानाची व्याख्या

तुम्ही कधी बर्फाला स्पर्श केला आहे का? जेव्हा तुमचे हात बर्फाला लागतात तेव्हा तुम्हाला काय जाणवते? आणि जर तुम्ही आगीला स्पर्श केला तर काय? बर्फाला स्पर्श केल्यावर तुमचे हात थंड वाटतात, तर आगीला स्पर्श केल्यावर तुमचे हात गरम वाटतात. गरम, कोमट, थंड, शीत या कोणत्या अवस्था आहेत?

तापमानाची संकल्पना आपल्या स्पर्शेंद्रियाला जाणवणाऱ्या उष्णता आणि थंडीपासून सुरू होते. स्पर्शेंद्रियाला जे जाणवते, त्यावरून आपण म्हणतो की एखादी वस्तू दुसऱ्या वस्तूपेक्षा जास्त गरम आहे किंवा थंड आहे. गरम वस्तूंचे तापमान जास्त असते, तर थंड वस्तूंचे तापमान कमी असते. वस्तू जितकी थंड, तितके तिचे तापमान कमी. याउलट, वस्तू जितकी गरम, तितके तिचे तापमान जास्त. एखाद्या वस्तूच्या उष्णतेच्या किंवा थंडीच्या मापाला तापमान म्हणतात. वायू गतिज सिद्धांताच्या विषयात, तुम्ही तापमानाची व्याख्या अधिक सखोलपणे समजून घ्याल; वस्तूच्या रेणूंमध्ये असे काय घडते ज्यामुळे ती गरम, उबदार, थंड किंवा गार वाटते.

अधिक वाचा

पदार्थांच्या अवस्थांविषयीचा लेख (सूक्ष्म गुणधर्मांवर आधारित)

दैनंदिन जीवनात आपल्याला अनेकदा पदार्थांच्या तीन वेगवेगळ्या अवस्था आढळतात. त्या म्हणजे घन पदार्थ (उदा. दगड, लोखंड, इत्यादी), द्रव पदार्थ (पाणी, पेट्रोल, इत्यादी) आणि वायू पदार्थ (हवा, इत्यादी). या पदार्थांच्या तीन अवस्था त्यांच्या आकार आणि स्वरूप टिकवून ठेवण्याच्या क्षमतेनुसार ओळखल्या जातात.

स्थायू पदार्थ सहसा आपला निश्चित आकार आणि आकारमान टिकवून ठेवतात. द्रव आपला निश्चित आकार टिकवून ठेवत नाही, तर तो ज्या पात्रात ठेवला जातो, त्यानुसार स्वतःला जुळवून घेतो. उदाहरणार्थ, जर आपण पाणी ग्लासात टाकले, तर त्याचा आकार ग्लासाप्रमाणे बदलतो. जर पाणी बाथटबमध्ये टाकले, तर त्याचा आकार बाथटबप्रमाणे बदलतो. द्रवाचे आकारमान सामान्यतः नेहमीच निश्चित असते. पाण्याचा ग्लास बाथटबमध्ये ठेवल्यास, पाण्याचे प्रमाण ग्लासातच राहते. पाण्याचा आकार बदलू शकतो, परंतु त्याचे आकारमान कधीही बदलत नाही. हे लक्षात ठेवा की, पुरेसे बल लावल्यास स्थायू आणि द्रवांचा आकार बदलू शकतो.

अधिक वाचा

अणु सिद्धांत आणि गतिज सिद्धांताबद्दलचा लेख

अणु सिद्धांत

हजारो वर्षांपासून, प्राचीन ग्रीक लोकांचा असा विश्वास होता की प्रत्येक शुद्ध पदार्थ (जसे की सोने, लोखंड, इत्यादी) अणूंनी बनलेला असतो. त्यांच्या मते, जर एखाद्या शुद्ध पदार्थाचे लहान तुकडे केले, मग त्या लहान भागांना पुन्हा कापले, पुन्हा कापले... आणि असेच पुढे करत राहिल्यास, असे सर्वात लहान तुकडे उरतात ज्यांना पुन्हा कापता येत नाही. ज्या सर्वात लहान तुकड्यांना पुन्हा कापता येत नाही, त्यांना अणू म्हटले जाते. अणूचा अर्थ "विभाजन न होणारा" (ग्रीक भाषा) असा होतो.

त्या वेळी, अणूचे विभाजन होत नाही असे मानले जात होते. परंतु नंतर काही शास्त्रज्ञांनी इलेक्ट्रॉन आणि अणुकेंद्रक (प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन) यांचा शोध लावला, ज्यामुळे अणूंचे विभाजन होऊ शकत नाही ही धारणा चुकीची ठरली. तर, अणू हे इलेक्ट्रॉन (ऋणभारित) आणि अणुकेंद्रक यांनी बनलेले असतात. इलेक्ट्रॉन केंद्रकाभोवती फिरतात. केंद्रकाच्या आत प्रोटॉन (धनभारित) आणि न्यूट्रॉन (उदासीन किंवा अप्रभारित) असतात.

अधिक वाचा

अवस्था बदलांविषयी लेख क्रांतिक तापमान त्रिक बिंदू

आदर्श वायू नियमाच्या चर्चेत असे स्पष्ट केले आहे की, आदर्श वायू नियम वास्तविक वायूच्या वर्तनाचे अचूक वर्णन तेव्हाच करतो, जेव्हा वास्तविक वायूचा दाब आणि घनता खूप जास्त नसते. जर दाब आणि वास्तविक वायूची घनता पुरेशी जास्त असेल, तर आदर्श वायू नियम चुकीचे परिणाम देतो, त्याचप्रमाणे, जेव्हा वास्तविक वायूचे तापमान उत्कलन बिंदूच्या जवळ पोहोचते तेव्हाही असेच घडते. हे वास्तविक वायूच्या रेणूंमध्ये होणाऱ्या आंतरक्रियांशी संबंधित आहे. वायूचा दाब हा वायूच्या आकारमानाच्या व्यस्त प्रमाणात असतो. जेव्हा वायूचा दाब पुरेसा जास्त असतो, तेव्हा वायूचे आकारमान कमी होते. वायूचे आकारमान कमी असल्यामुळे, वायूच्या रेणूंमधील अंतर कमी होते. जेव्हा रेणूंमधील अंतर कमी होते, तेव्हा ते एकमेकांना आकर्षित करतात. हे अगदी लोखंडाचा तुकडा चुंबकावर ठेवण्यासारखे आहे. जर चुंबक आणि लोखंडामधील अंतर पुरेसे जास्त असेल, तर चुंबक लोखंडाला खेचू शकत नाही. परंतु जर चुंबक आणि लोखंडामधील अंतर कमी असेल, तर लोखंड जवळ खेचले जाते.

अधिक वाचा

व्हॅन डर वाल्स हे जे. डी. व्हॅन डर वाल्स (१८३७-१९२३) या डच भौतिकशास्त्रज्ञाचे नाव आहे. व्हॅन डर वाल्स अवस्था समीकरण हे एका वायूचे अवस्था समीकरण आहे, जे आदर्श वायूच्या अवस्था समीकरणासारखेच आहे. फरक इतकाच आहे की, जर वास्तविक वायूचा दाब आणि घनता पुरेशी जास्त असेल, तर आदर्श वायूचे अवस्था समीकरण अचूक परिणाम देऊ शकत नाही. याउलट, व्हॅन डर वाल्स अवस्था समीकरण अधिक अचूक परिणाम देऊ शकते.

या समीकरणाचा उगम व्हॅन डर वाल्स यांच्यापासून होतो, ज्यांना आदर्श स्थितीच्या समीकरणाच्या मर्यादांची जाणीव झाली. वाल्स यांनी आदर्श वायूच्या स्थिती समीकरणात असे अनेक घटक जोडून त्यात बदल केला, जे वास्तविक वायूच्या स्थितीवरही परिणाम करतात, विशेषतः जेव्हा वास्तविक वायूचा दाब आणि घनता जास्त असते.

अधिक वाचा

बाष्पीभवनाची प्रक्रिया गतिज सिद्धांताचा वापर करून स्पष्ट करता येते. वायूच्या रेणूंप्रमाणेच, पाण्याचे रेणू देखील गतिमान असतात. फरक एवढाच आहे की पाण्याचे रेणू विखुरले जाऊ शकत नाहीत, कारण रेणूंमधील आकर्षण त्यांना अजूनही एकत्र धरून ठेवू शकते. याउलट, वायूच्या रेणूंमधील आकर्षण कमकुवत असते, त्यामुळे वायूचे रेणू एकत्र विलीन होऊ शकत नाहीत. गतिमान असताना, पाण्याच्या रेणूंना वेग असतो. काही पाण्याच्या रेणूंचा वेग जास्त असतो; तर काहींचा वेग कमी असतो. पाण्याच्या रेणूंच्या वेगाचे वितरण मॅक्सवेल वितरणासारखे असते.

जेव्हा पाण्याच्या रेणूंचा वेग इतका जास्त असतो की त्यांच्यातील आकर्षण शक्ती त्यांना एकत्र धरून ठेवू शकत नाही, तेव्हा बाष्पीभवन होते. अवकाशात जाणाऱ्या रॉकेटप्रमाणेच, रॉकेटचा वेग इतका जास्त असतो की पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण बल त्याला पृथ्वीवर थांबवू शकत नाही. हे लक्षात घ्या की केवळ जास्त वेग असलेले रेणूच रेणूंमधील आकर्षणातून सुटू शकतात. कमी वेग असलेले रेणू पाण्याप्रमाणे एकत्र राहतात.

अधिक वाचा

उकळणे ही द्रवाचे वायूमध्ये रूपांतर होण्याची प्रक्रिया आहे. जेव्हा संतृप्त बाष्पाचा दाब हवेच्या दाबाएवढा असतो (हवेचा दाब = वातावरणीय दाब), तेव्हा पाणी उकळते. आपण फक्त उकळणाऱ्या पाण्याची चर्चा करणार आहोत. पाण्याचा संतृप्त बाष्पाचा दाब पाण्याच्या तापमानाशी समप्रमाणात असतो; पाण्याचे तापमान जितके जास्त, तितका संतृप्त बाष्पाचा दाब जास्त असतो. जेव्हा आपण पाणी गरम करतो, तेव्हा भांड्याच्या तळाशी सहसा लहान बुडबुडे दिसतात. बुडबुड्यांचे अस्तित्व हे द्रवाचे वायूमध्ये रूपांतर झाल्याचे दर्शवते. जर बुडबुड्यामधील संतृप्त बाष्पाचा दाब बाहेरील हवेच्या दाबापेक्षा कमी असेल, तर तो बुडबुडा पृष्ठभागावर पोहोचण्यापूर्वीच आकुंचन पावतो आणि विघटित होतो. बुडबुडे नष्ट होतात कारण बाहेरील हवेचा जोर बुडबुड्याच्या आतील वाफेच्या जोरापेक्षा जास्त असतो. बाहेरील हवेचा दाब बुडबुड्यामधील बाष्पाच्या दाबापेक्षा जास्त असतो, त्यामुळे बाहेरील हवेचा जोर अधिक प्रभावी ठरतो (P = F / A).

अधिक वाचा

आर्द्रता म्हणजे हवेतील पाण्याच्या वाफेचे प्रमाण. जेव्हा पाऊस पडतो, तेव्हा वातावरणात खूप आर्द्रता असते कारण हवेत पाण्याची वाफ मोठ्या प्रमाणात असते. याउलट, जर हवेतील पाण्याची वाफ खूप कमी असेल, तर हवा शुष्क असते. हवेतील पाण्याच्या वाफेचे प्रमाण सापेक्ष आर्द्रतेद्वारे व्यक्त केले जाते.

सापेक्ष आर्द्रता म्हणजे एका विशिष्ट तापमानाला वाफेच्या आंशिक दाबाचे पाण्याच्या संतृप्त वाफेच्या दाबाशी असलेले गुणोत्तर (वाफ म्हणजे पाण्याची वाफ). सापेक्ष आर्द्रता टक्केवारीत व्यक्त केली जाते, जिचे गणितीय सूत्र खालीलप्रमाणे आहे:

अधिक वाचा