तापमान बदलल्यावर बहुतेक घन वस्तूंमध्ये रेषीय प्रसरण होते. रेषीय प्रसरण म्हणजे वस्तूची लांबी वाढणे किंवा कमी होणे. सामान्यतः, तापमान वाढल्यावर वस्तूची लांबी वाढते, तर तापमान कमी झाल्यावर वस्तूची लांबी कमी होते. तुम्हाला वाटेल की रेषीय प्रसरण फक्त पातळ तारांसारख्या वस्तूंमध्येच होऊ शकते. उदाहरणार्थ, रस्त्याच्या कडेला उन्हात उभी असलेली गाडी पाहा. जेव्हा गाडी जास्त गरम होते, तेव्हा लोखंडी पत्रा जाड होऊ शकतो किंवा त्याच्या बाजूची लांबी वाढू शकते. जस्त धातूपासून बनवलेल्या घरांच्या छतांमध्येही प्रसरण होऊ शकते. अशावेळी, जेव्हा जस्त जास्त गरम होते, तेव्हा त्याच्या कडांची रुंदी वाढते आणि जस्त जाडही होऊ शकते. रेल्वे रुळ आणि पुलावरील लोखंड किंवा पोलाद यांच्या बाबतीतही असेच घडले होते.
बहुतेक घन वस्तूंचे तापमान बदलल्यावर त्या प्रसरण पावतात किंवा आकुंचन पावतात, म्हणून तापमानातील बदलांचा घन वस्तूंच्या प्रसरणावर कसा परिणाम होतो हे आपल्याला जाणून घेणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, रेल्वे रुळांमधील फट. रेल्वेचे रूळ स्टीलचे बनलेले असतात. अभियंत्यांनी प्रत्येक रुळामधील फटीची रुंदी मोजली होती. उष्ण दिवशी, रूळ काही सेंटीमीटरने प्रसरण पावेल. जेव्हा रेल्वेगाडी जाते, तेव्हा रुळाचे तापमानही वाढते, ज्यामुळे रूळ किती सेंटीमीटरपर्यंत ताणला जातो? थंड रात्रींमध्ये, रूळ किती सेंटीमीटरपर्यंत आकुंचन पावतात?
विश्लेषणाच्या निकालांच्या आधारे, अभियंते रेलमधील फटींमधील अंतराचा अंदाज लावतात, जेणेकरून रेलचे तापमान वाढल्यावर त्या एकमेकांना स्पर्श करून वाकणार नाहीत.
तापमानातील बदल आणि लांबीतील प्रसरणाचे प्रमाण यांच्यातील संबंध दर्शवणारे सूत्र मिळवण्यासाठी, खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे प्रसरण पावणाऱ्या एका घन वस्तूचा अभ्यास करूया.
To = प्रारंभिक तापमान, T = अंतिम तापमान, Lo = सुरुवातीची लांबी, ΔL = लांबीतील बदल, L = प्रसरणानंतरची लांबी, ΔT = तापमानातील बदल.
जेव्हा वस्तूचे तापमान = To ( वस्तू अजूनही थंड असते), वस्तूची लांबी = Lo असते . जेव्हा वस्तूचे तापमान = T (वस्तूचे तापमान वाढते), वस्तूची लांबी = L असते.
निरीक्षण आणि प्रयोगांच्या निकालांनुसार, वस्तूच्या लांबीतील बदल हे तापमानातील बदलांच्या प्रमाणात असतात. तापमान वाढल्यास, वस्तूची लांबी वाढते. याउलट, तापमान कमी झाल्यास, वस्तूची लांबी कमी होते. वस्तूच्या लांबीतील बदल हा मूळ वस्तूच्या लांबीच्या (Lo) प्रमाणातही असतो. जर तापमानातील बदल समान असतील, तर उदाहरणार्थ, १० मीटर लांबीच्या वस्तूंची लांबी, केवळ ५ मीटर लांबीच्या वस्तूंच्या तुलनेत दुप्पट होईल. म्हणून, वस्तू जितकी लांब असेल, तितके तिचे प्रसरण जास्त होते.
वस्तूच्या लांबीतील (L) बदल तापमानातील बदलांशी (ΔT) समानुपाती असतात: ΔL α ΔT
वस्तूच्या लांबीतील बदल (ΔL) हे मूळ वस्तूच्या लांबीच्या (L o ) समानुपाती असतात: ΔL α L o
प्रत्येक वस्तूच्या लांबीतील बदल वेगवेगळे असतात. तापमानातील बदल समान असले तरी, लोखंडाचे प्रसरण काचेसारखे नसते. इतर वस्तूंच्या बाबतीतही असेच आहे. म्हणून, रेषीय प्रसरण हे प्रत्येक वस्तूच्या रेषीय प्रसरण गुणांकावर अवलंबून असते. 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.
∆ L ∝ α
वरील तीन तुलना एका समीकरणात मांडल्या आहेत:
वर्णन: ΔL = लांबीतील बदल, α = रेषीय प्रसरणांक (एकक α = K -1 किंवा (C o ) -1 ) , L o = सुरुवातीची लांबी, ΔT (T 1 – T o ) ΔT = तापमानातील बदल (अंतिम तापमान – सुरुवातीचे तापमान)
प्रसरण किंवा आकुंचन झाल्यानंतर वस्तूची एकूण लांबी ही वस्तूची सुरुवातीची लांबी (L o ) आणि वस्तूच्या लांबीतील बदल (ΔL) यांची बेरीज करून मिळवता येते.
वर्णन: ΔL = वस्तूच्या प्रसरण किंवा आकुंचनानंतरची लांबी, Lo = वस्तूची सुरुवातीची लांबी, ΔL = L – Lo = लांबीतील बदल, α = रेषीय प्रसरणांक (α चे एकक = K)-1 किंवा (सी)o)-1, ΔT = T – To = तापमानातील बदल, To = सुरुवातीचे तापमान, T = अंतिम तापमान.
जर तापमानातील बदल (TT o ) ऋणात्मक असेल, तर लांबीतील बदल (LL o ) देखील ऋणात्मक असतो.
या प्रकरणात, वस्तूची लांबी कमी होते. याउलट, जर तापमानातील बदल (TT o ) धन असेल, तर लांबीतील बदल (LL o ) देखील धन असतो. या प्रकरणात, वस्तूंची लांबी वाढते.
२०°C तापमानावर घन पदार्थांच्या रेषीय प्रसरण गुणांकाचे मूल्य खालीलप्रमाणे आहे. द्रव आणि वायू पदार्थांचा आकार बदलतो, ज्यामुळे या दोन प्रकारच्या पदार्थांमध्ये रेषीय प्रसरण होऊ शकत नाही. घन पदार्थाचा रेषीय प्रसरण गुणांक तापमानावरही अवलंबून असतो. वेगवेगळ्या तापमानांवर, घन पदार्थांच्या रेषीय प्रसरण गुणांकातही बदल होतो. जर तापमानातील फरक खूप जास्त नसेल, तर रेषीय प्रसरण गुणांकातील फरकही इतका लक्षणीय नसतो की त्याकडे दुर्लक्ष केले जाऊ शकते.
