நேரியல் விரிவாக்கம்

பெரும்பாலான திடப் பொருட்கள் வெப்பநிலை மாறும்போது நேரியல் விரிவாக்கத்திற்கு உள்ளாகின்றன. நேரியல் விரிவாக்கம் என்பது பொருளின் நீளம் அதிகரிப்பது அல்லது குறைவதாகும். பொதுவாக, வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது பொருளின் நீளம் அதிகரிக்கிறது, அதேசமயம் வெப்பநிலை குறையும்போது பொருளின் நீளம் குறைகிறது. மெல்லிய கம்பிகள் போன்ற பொருட்களில் மட்டுமே நேரியல் விரிவாக்கம் ஏற்பட முடியும் என்று நீங்கள் நினைக்கலாம். உதாரணமாக, சாலையோரத்தில் சூரிய ஒளியில் நிறுத்தப்பட்டிருக்கும் ஒரு காரைப் பாருங்கள். கார் அதிக வெப்பமடையும்போது, ​​இரும்புத் தகடு தடிமனாகலாம் அல்லது பக்கவாட்டு நீளம் அதிகரிக்கலாம். துத்தநாகத்தால் செய்யப்பட்ட வீடுகளின் கூரைகளும் விரிவாக்கத்திற்கு உள்ளாகலாம். இந்த நிலையில், துத்தநாகம் அதிக வெப்பமடையும்போது, ​​துத்தநாகத்தின் விளிம்புகள் அகலத்தில் அதிகரித்து, துத்தநாகம் தடிமனாகவும் ஆகலாம். இதே விஷயம் ரயில் தண்டவாளங்களுக்கும், பாலத்தில் உள்ள இரும்பு அல்லது எஃகுக்கும் நிகழ்ந்தது.

பெரும்பாலான திடப் பொருட்களின் வெப்பநிலை மாறும்போது அவை விரிவடைகின்றன அல்லது சுருங்குகின்றன. எனவே, வெப்பநிலை மாற்றங்கள் திடப் பொருட்களின் விரிவடைதலை எவ்வாறு பாதிக்கின்றன என்பதை நாம் தெரிந்துகொள்ள வேண்டும். உதாரணமாக, இரயில் தண்டவாளத்தில் உள்ள ஒரு இடைவெளியை எடுத்துக்கொள்வோம். இரயில் தண்டவாளங்கள் எஃகினால் ஆனவை. பொறியாளர்கள் ஒவ்வொரு தண்டவாளத்திற்கும் இடையிலான இடைவெளியின் அகலத்தைக் கணக்கிட்டிருந்தனர். ஒரு வெப்பமான நாளில், தண்டவாளம் சில சென்டிமீட்டர்கள் விரிவடையும். ஒரு இரயில் கடந்து செல்லும்போது, ​​தண்டவாளத்தின் வெப்பநிலையும் அதிகரிக்கிறது, அதனால் தண்டவாளம் எத்தனை சென்டிமீட்டர்கள் நீளுகிறது. குளிர்ச்சியான இரவுகளில், தண்டவாளங்கள் எத்தனை சென்டிமீட்டர்கள் சுருங்குகின்றன.

பகுப்பாய்வின் முடிவுகளின் அடிப்படையில், தண்டவாளங்களின் வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது அவை ஒன்றையொன்று தொட்டு வளைந்துவிடாமல் இருப்பதற்காக, பொறியாளர்கள் தண்டவாள இடைவெளிகளுக்கு இடையேயான தூரத்தைக் கணிக்கின்றனர்.

வெப்பநிலை மாற்றங்களுக்கும் நீள விரிவாக்கத்தின் அளவுக்கும் உள்ள தொடர்பைக் கூறும் சூத்திரத்தை வருவிப்பதற்கு, கீழேயுள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, விரிவாக்கத்திற்கு உள்ளாகும் ஒரு திடப்பொருளை ஆய்வு செய்யவும்.

T_o = ஆரம்ப வெப்பநிலை, T = இறுதி வெப்பநிலை, L_o = ஆரம்ப நீளம், ΔL = நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம், L = விரிவடைந்த பிறகுள்ள நீளம், ΔT = வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம்.

பொருளின் வெப்பநிலை T _o ஆக இருக்கும்போது (பொருள் இன்னும் குளிராக உள்ளது), பொருளின் நீளம் L _o ஆகும் . பொருளின் வெப்பநிலை T ஆக இருக்கும்போது (பொருளின் வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது), பொருளின் நீளம் L ஆகும்.

கவனிப்புகள் மற்றும் சோதனைகளின் முடிவுகளின் அடிப்படையில், பொருளின் நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றங்களுக்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளன. வெப்பநிலை அதிகரித்தால், பொருளின் நீளம் அதிகரிக்கும். இதற்கு நேர்மாறாக, வெப்பநிலை குறையும்போது, ​​பொருளின் நீளம் குறையும். ஒரு பொருளின் நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம், அதன் அசல் நீளத்திற்கும் (Lo) நேர் விகிதத்தில் உள்ளது. வெப்பநிலை மாற்றங்கள் ஒரே மாதிரியாக இருந்தால், உதாரணமாக, 5 மீட்டர் நீளமுள்ள பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது 10 மீட்டர் நீளமுள்ள பொருட்கள் நீளத்தில் இருமடங்காகும். எனவே, பொருள் எவ்வளவு நீளமாக இருக்கிறதோ, அந்தப் பொருளின் விரிவாக்கமும் அவ்வளவு அதிகமாக இருக்கும்.

பொருளின் நீளத்தில் (L) ஏற்படும் மாற்றங்கள், வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றங்களுக்கு (ΔT) நேர் விகிதத்தில் இருக்கும்: ΔL α ΔT

ஒரு பொருளின் நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் (ΔL), அசல் பொருளின் நீளத்திற்கு (L _o ) நேர் விகிதத்தில் இருக்கும்: ΔL α L _o

ஒவ்வொரு பொருளின் நீள மாற்றங்களும் வேறுபடுகின்றன. வெப்பநிலை மாற்றங்கள் ஒரே மாதிரியாக இருந்தாலும், இரும்பு அனுபவிக்கும் விரிவு கண்ணாடியைப் போல இருப்பதில்லை. மற்ற பொருட்களுக்கும் இது பொருந்தும். எனவே, நேரியல் விரிவானது ஒவ்வொரு பொருளின் நேரியல் விரிவுக் குணகத்தைச் சார்ந்துள்ளது. நேரியல் விரிவுக் குணகம் அதிகமாக இருந்தால், நீள அதிகரிப்பும் அதிகமாக இருக்கும். நேரியல் விரிவுக் குணகம் குறைவாக இருந்தால், நீள அதிகரிப்பும் குறைவாக இருக்கும். ஒரு பொருளின் நீள மாற்றம் அதன் நேரியல் விரிவுக் குணகத்திற்கு நேர் விகிதத்தில் உள்ளது என்று கூறலாம்.

∆ L ∝ α

மேற்கண்ட மூன்று ஒப்பீடுகளும் ஒரு சமன்பாட்டில் வெளிப்படுத்தப்பட்டுள்ளன:

விளக்கம்: ΔL = நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம், α = நேரியல் விரிவுக் கெழு (அலகுகள் α = K ^-1 அல்லது (C ^o ) ^{-1 )} , L _o = ஆரம்ப நீளம், ΔT (T ₁ – T _o ) ΔT = வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் (இறுதி வெப்பநிலை – ஆரம்ப வெப்பநிலை)

_{ஒரு பொருள் விரிவடைதல் அல்லது சுருங்குதலுக்கு உள்ளான பிறகு அதன் மொத்த நீளத்தை, அப்பொருளின் ஆரம்ப நீளம் (L o} ) மற்றும் பொருளின் நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் (ΔL) ஆகியவற்றைச் சேர்ப்பதன் மூலம் பெறலாம் .

விளக்கம்: ΔL = விரிவடைந்த அல்லது சுருங்கிய பிறகு பொருளின் நீளம், L_o பொருளின் ஆரம்ப நீளம், ΔL = L – L_o = நீளத்தில் ஏற்படும் மாற்றம், α = நேரியல் விரிவாக்கக் கெழு (α-வின் அலகுகள் = K)^-1 அல்லது (சி)^o)^-1, ΔT = T – T_o = வெப்பநிலை மாற்றம், T_o = ஆரம்ப வெப்பநிலை, T = இறுதி வெப்பநிலை.

வெப்பநிலை மாற்றம் (TT _o ) எதிர்மறையாக இருந்தால், நீள மாற்றமும் (LL _o ) எதிர்மறையாக இருக்கும்.

இந்த நிலையில், பொருளின் நீளம் குறைகிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, வெப்பநிலை மாற்றம் (TT _o ) நேர்மறையாக இருந்தால், நீள மாற்றமும் (LL _o ) நேர்மறையாக இருக்கும். இந்த நிலையில், பொருள்களின் நீளம் அதிகரிக்கிறது.

20 °C வெப்பநிலையில், திடப் பொருட்களின் நேரியல் விரிவுக் குணகத்தின் மதிப்பு பின்வருமாறு. திரவ மற்றும் வாயுப் பொருட்களின் வடிவம் மாறுவதால், இவ்விரு வகைப் பொருட்களும் நேரியல் விரிவை அடைவதில்லை. ஒரு திடப் பொருளின் நேரியல் விரிவுக் குணகம் வெப்பநிலையையும் சார்ந்துள்ளது. வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில், திடப் பொருட்களின் நேரியல் விரிவுக் குணகமும் மாறுபடும். வெப்பநிலை வேறுபாடு மிகவும் குறிப்பிடத்தக்கதாக இல்லாத பட்சத்தில், நேரியல் விரிவுக் குணகத்தில் உள்ள வேறுபாடும் குறிப்பிடத்தக்கதாக இருக்காது, எனவே அதைப் புறக்கணிக்கலாம்.