Ukiangalia nyaya za umeme kwa karibu, utaona zimepinda kuelekea chini kutokana na kulegea. Kwa nini nyaya za umeme hulegezwa kimakusudi, badala ya kushinikizwa tu? Paa nyingi huko Flores na Lembata, East Nusa Tenggara, zimetengenezwa kwa zinki (Zn). Wakati wa mchana au usiku, paa za zinki hutoa kelele. Kwa nini zinki hutoa kelele? Ikiwa unaishi katika kisiwa cha Java, huenda umeona njia za reli. Kuna mapengo kwenye viungo vya reli. Je, mapengo haya kwenye viungo vya reli hufanya kazi gani? Kuna mambo mengi unayoweza kufikiria na kuuliza kuhusu yanayohusiana na mada ya upanuzi.
Upanuzi wa urefu
Vigumu vingi hupanuka kwa mstari wakati halijoto yao inabadilika. Hii inarejelea ongezeko au kupungua kwa urefu. Kwa kawaida, urefu wa kitu huongezeka kadri halijoto yake inavyoongezeka, huku urefu wake ukipungua kadri halijoto yake inavyopungua. Unaweza kudhani kwamba upanuzi wa mstari hutokea tu katika vitu kama waya mwembamba. Kwa mfano, fikiria gari lililoegeshwa kando ya barabara likiwa limefunikwa na mwanga wa jua. Gari linapopashwa joto kupita kiasi, bamba la chuma linaweza kuwa nene au urefu wa pande zake unaweza kuongezeka. Paa la zinki pia linaweza kupata upanuzi wa mstari. Katika hali hii, zinki inapopashwa joto kupita kiasi, kingo za zinki hupanuka na zinki pia zinaweza kuwa nene. Jambo hilo hilo hutokea kwa njia za reli na madaraja ya chuma au chuma.
Vigumu vingi hupanuka au hupungua wakati halijoto yao inapobadilika, kwa hivyo tunahitaji kuelewa jinsi mabadiliko ya halijoto yanavyoathiri upanuzi wa vigumu. Hii inasaidia sana wakati wa kubuni vifaa, majengo, magari, n.k. Kwa mfano, mapengo katika njia za reli. Njia za reli zimetengenezwa kwa chuma. Wahandisi wamehesabu upana wa mapengo kati ya kila reli. Siku ya joto kali, reli zitapanuka kwa sentimita kadhaa. Treni inapopita juu yake, halijoto ya reli pia huongezeka, na kusababisha reli kupanuka kwa sentimita ngapi. Usiku wenye baridi, reli hupungua kwa sentimita ngapi. Kulingana na uchambuzi, wahandisi wanakadiria umbali kati ya mapengo ya reli ili wakati halijoto ya reli inapoongezeka, reli zisigusane na kuinama.
Ili kutusaidia kupata fomula inayoelezea uhusiano kati ya mabadiliko ya halijoto na kiasi cha upanuzi wa mstari, fikiria kitu kigumu kinachopitia upanuzi, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro upande wa kulia. Maelezo: To = halijoto ya awali, T = halijoto ya mwisho, Lo = urefu wa awali, L = urefu baada ya upanuzi, delta L = mabadiliko katika urefu, delta T = mabadiliko katika halijoto.
Wakati halijoto ya kitu = Kwa o (kitu bado ni baridi), urefu wa kitu = L o . Wakati halijoto ya kitu = T (halijoto ya kitu huongezeka), urefu wa kitu = L. Kulingana na matokeo ya uchunguzi na majaribio, mabadiliko katika urefu wa kitu ni sawia na mabadiliko ya halijoto. Ikiwa halijoto huongezeka, urefu wa kitu huongezeka. Kinyume chake, wakati halijoto inapungua, urefu wa kitu hupungua. Mabadiliko katika urefu wa kitu pia ni sawia na urefu wa awali wa kitu (L o ). Ikiwa ukubwa wa mabadiliko ya halijoto ni sawa, kitu chenye urefu wa mita 10, kwa mfano, kitaongezeka kwa urefu kwa mara 2 ikilinganishwa na kitu chenye urefu wa mita 5 pekee. Kwa hivyo kadiri kitu kinavyokuwa kirefu, ndivyo upanuzi wa kitu unavyokuwa mkubwa.
Mabadiliko katika urefu wa kitu (delta L) yanahusiana na mabadiliko ya halijoto (delta T):
Mabadiliko katika urefu wa kitu (delta L) yanalingana na urefu wa awali wa kitu (Lo):
Mabadiliko ya urefu wa kila kitu ni tofauti. Ingawa ni kikubwa mabadiliko ya halijoto Vile vile, upanuzi unaopatikana kwa chuma si sawa na ule unaopatikana kwa kioo. Vile vile ni kweli kwa vitu vingine. Kwa hivyo, upanuzi wa mstari unategemea mgawo wa upanuzi wa mstari wa kila kitu. Mgawo wa upanuzi wa mstari kwa kila kitu hupatikana kupitia majaribio. Kadiri mgawo wa upanuzi wa mstari unavyokuwa mkubwa, ndivyo ongezeko la urefu linavyokuwa kubwa. Kadiri mgawo wa upanuzi wa mstari unavyokuwa mdogo, ndivyo ongezeko la urefu linavyokuwa dogo. Inaweza kusemwa kwamba mabadiliko katika urefu wa kitu yanalingana na mgawo wa upanuzi wa mstari.
Ulinganisho tatu hapo juu umeonyeshwa katika mlinganyo:
Urefu wote wa kitu baada ya kupanuka au kusinyaa unaweza kupatikana kwa kuongeza urefu wa awali wa kitu (L)o) na mabadiliko katika urefu wa kitu (delta L).
Wakati halijoto inabadilika (TT)o) ni hasi, kisha mabadiliko ya urefu (LL)o) pia ni hasi. Katika hali hii, urefu wa kitu hupungua. Kinyume chake, ikiwa halijoto hubadilika (TT)o) ni chanya, kisha mabadiliko ya urefu (LLo) pia ni chanya. Katika hali hii kitu huongezeka kwa urefu.
Ifuatayo ni mgawo wa upanuzi wa mstari wa vitu vikali kwenye halijoto ya 20 ° C. Vimiminika na gesi hubadilisha umbo, na kuvizuia kupata upanuzi wa mstari. Mgawo wa upanuzi wa mstari wa vitu vikali pia hutegemea halijoto. Katika halijoto tofauti, mgawo wa upanuzi wa mstari wa vitu vikali pia hutofautiana. Ikiwa tofauti ya halijoto si kubwa sana, tofauti katika mgawo wa upanuzi wa mstari pia haitakuwa kubwa sana, kwa hivyo inaweza kupuuzwa.
Upanuzi wa kiasi
Upanuzi wa urefu hupatikana tu na vitu vigumu, upanuzi wa ujazo hupatikana na vitu vyote, iwe vigumu, kimiminika au gesi. Mlinganyo wa upanuzi wa ujazo ni sawa na mlinganyo wa upanuzi wa urefu.
Mlinganyo wa upanuzi wa ujazo hapo juu ni halali tu wakati mabadiliko ya ujazo wa kitu (iwe imara, kimiminika, au gesi) ni ndogo kuliko ujazo wa awali wa kitu. Ikiwa mabadiliko ya ujazo wa kitu ni makubwa kuliko ujazo wa awali wa kitu, mlinganyo wa upanuzi wa ujazo hautoi matokeo sahihi. Kwa kawaida mabadiliko ya ujazo yanayopatikana na vitu vigumu si makubwa sana. Kwa upande mwingine, thamani ya mgawo wa ujazo wa vimiminika na gesi ni kubwa sana. Mlinganyo wa ujazo wa gesi pia hubadilika kwa urahisi na mabadiliko ya halijoto. Kwa hivyo, fomula hapo juu hutumika tu kwa upanuzi wa vitu vigumu. Fomula ya kubaini mabadiliko ya ujazo wa gesi itasomwa katika mada ya nadharia ya kinetiki ya gesi katika daraja la 11.
