ప్రాథమిక భౌతిక శాస్త్ర ట్యుటోరియల్స్

థర్మామీటర్లు మరియు ఉష్ణోగ్రత కొలమానాల గురించిన వ్యాసం

1. థర్మామీటర్లు

ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి రూపొందించిన పరికరాన్ని థర్మామీటర్ అంటారు. థర్మామీటర్లు అనేక రకాలుగా ఉంటాయి, కానీ వాటి పని సూత్రం ఒకటే. సాధారణంగా, మనం ఉష్ణోగ్రతతో పాటు మారే పదార్థ స్వభావం గల ఉష్ణమాపక వస్తువులను ఉపయోగిస్తాము. వస్తువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత మారితే, దాని ఆకారం మరియు పరిమాణం కూడా మారుతుంది. చాలా థర్మామీటర్లు ఉష్ణోగ్రత మారినప్పుడు వ్యాకోచించే లేదా సంకోచించే వస్తువులను ఉపయోగిస్తాయి. తరచుగా ఉపయోగించే థర్మామీటర్లు గాజు గొట్టాలను కలిగి ఉంటాయి, దీని మధ్యలో ఆల్కహాల్ లేదా పాదరసం ఉంటుంది. ఉష్ణోగ్రత పెరిగినప్పుడు, పాత్రలోని ఆల్కహాల్ లేదా పాదరసం వ్యాకోచిస్తుంది, తద్వారా ఆల్కహాల్ లేదా పాదరసం స్తంభం పొడవు పెరుగుతుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, ఉష్ణోగ్రత తగ్గినప్పుడు, ఆల్కహాల్ లేదా పాదరసం స్తంభం పొడవు తగ్గుతుంది. గాజు గొట్టం బయట, థర్మామీటర్ యొక్క స్కేలు అయిన సంఖ్యలు ఉంటాయి. ఆల్కహాల్ లేదా పాదరసం స్తంభం యొక్క పైభాగంలో చూపబడిన సంఖ్య, కొలవబడుతున్న వస్తువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత విలువను తెలియజేస్తుంది.

ఇంకా చదవండి

ఉష్ణగతిక శాస్త్రం యొక్క శూన్య నియమం గురించిన వ్యాసం

ఇప్పటివరకు మనం, ఒకదానికొకటి తాకిన రెండు వస్తువుల మధ్య ఉండే ఉష్ణ సమతౌల్యాన్ని మాత్రమే గమనించాము.

ఉష్ణ సమతౌల్యం అనే భావనను మరింత లోతుగా అర్థం చేసుకోవడానికి, మూడు వస్తువులను (ఉదాహరణకు వస్తువు A, వస్తువు B, మరియు వస్తువు C) పరిశీలిద్దాం. ఉదాహరణకు, వస్తువు B మరియు వస్తువు C ఒకదానికొకటి తాకకుండా ఉన్నాయి, కానీ వస్తువు A, వస్తువు Bతో స్పర్శలో ఉంది మరియు వస్తువు A, వస్తువు Cతో స్పర్శలో ఉంది. కింది చిత్రాన్ని గమనించండి. వస్తువు A మరియు వస్తువు B ఒకదానికొకటి స్పర్శలో ఉండటమే కాకుండా, అవి ఉష్ణ సమతౌల్యంలో ఉన్నాయి కాబట్టి, వస్తువు A మరియు వస్తువు C కూడా ఉష్ణ సమతౌల్యంలో ఉన్నాయి. ఒకదానికొకటి తాకని వస్తువులు B మరియు C కూడా ఉష్ణ సమతౌల్యంలో ఉన్నాయా? మనం కేవలం తర్కాన్ని ఉపయోగిస్తే, అవి స్పర్శలో లేనప్పటికీ, వస్తువు B మరియు వస్తువు C కూడా ఉష్ణ సమతౌల్యంలో ఉన్నాయని చెప్పవచ్చు. వస్తువు A మరియు వస్తువు B ఉష్ణ సమతౌల్యంలో ఉన్నాయి, అంటే వస్తువు A యొక్క ఉష్ణోగ్రత = వస్తువు B యొక్క ఉష్ణోగ్రత.

ఇంకా చదవండి

ఉష్ణోగ్రత మరియు ఉష్ణ సమతుల్యత నిర్వచనం గురించిన వ్యాసం

ఉష్ణోగ్రత యొక్క నిర్వచనం

మీరు ఎప్పుడైనా మంచును తాకారా? మీ చేతులు మంచును తాకినప్పుడు మీకు ఏమి అనిపిస్తుంది? ఒకవేళ మీరు తాకేది అగ్ని అయితే? మంచును తాకినప్పుడు మీ చేతులు చల్లగా అనిపిస్తాయి, అగ్నిని తాకినప్పుడు మీ చేతులు వేడిగా అనిపిస్తాయి. వేడి, వెచ్చని, చల్లని, శీతల అనేవి దేనిని సూచిస్తాయి?

ఉష్ణోగ్రత అనే భావన మన స్పర్శ జ్ఞానం ద్వారా అనుభవించే వేడి మరియు చలి నుండి మొదలవుతుంది. స్పర్శ జ్ఞానం ద్వారా మనం అనుభూతి చెందే దాని ఆధారంగా, ఒక వస్తువు మరొక వస్తువు కంటే వేడిగా ఉందని లేదా ఒక వస్తువు మరొక వస్తువు కంటే చల్లగా ఉందని చెబుతాము. వేడి వస్తువులకు అధిక ఉష్ణోగ్రతలు ఉంటాయి, అయితే చల్లని వస్తువులకు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు ఉంటాయి. ఒక వస్తువు ఎంత చల్లగా ఉంటే, దాని ఉష్ణోగ్రత అంత తక్కువగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, ఒక వస్తువు ఎంత వేడిగా ఉంటే, దాని ఉష్ణోగ్రత అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఒక వస్తువు యొక్క వేడి లేదా చలిని కొలవడాన్నే ఉష్ణోగ్రత అంటారు. వాయు గతి సిద్ధాంతం అనే విషయంలో, మీరు ఉష్ణోగ్రత యొక్క నిర్వచనాన్ని మరింత లోతుగా అర్థం చేసుకుంటారు; ఒక వస్తువు వేడిగా, వెచ్చగా, చల్లగా లేదా శీతలంగా అనిపించడానికి దానిలోని అణువులకు ఏమి జరుగుతుందో తెలుసుకుంటారు.

ఇంకా చదవండి

పదార్థ దశల గురించిన వ్యాసం (సూక్ష్మ లక్షణాల ఆధారంగా)

నిత్య జీవితంలో, మనం తరచుగా పదార్థం యొక్క మూడు విభిన్న దశలను ఎదుర్కొంటాము. అవి ఘన పదార్థాలు (ఉదాహరణకు, రాళ్ళు, ఇనుము మొదలైనవి), ద్రవాలు (నీరు, గ్యాసోలిన్ మొదలైనవి) మరియు వాయు పదార్థాలు (గాలి మొదలైనవి). ఈ పదార్థాల మూడు దశలను, వాటి ఆకారాన్ని మరియు పరిమాణాన్ని నిలుపుకునే సామర్థ్యం ఆధారంగా వేరు చేయవచ్చు.

ఘనపదార్థాలు సాధారణంగా స్థిరమైన ఆకారాన్ని మరియు పరిమాణాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ద్రవాలు ఒక నిర్దిష్ట ఆకారాన్ని నిలుపుకోవు, కానీ అవి ఉన్న పాత్రకు అనుగుణంగా సర్దుకుపోతాయి. ఉదాహరణకు, మనం నీటిని ఒక గ్లాసులో పోస్తే, దాని ఆకారం గ్లాసులా మారుతుంది. నీటిని బాత్‌టబ్‌లో పోస్తే, దాని ఆకారం బాత్‌టబ్‌లా మారుతుంది. ద్రవాల పరిమాణం సాధారణంగా ఎల్లప్పుడూ స్థిరంగా ఉంటుంది. ఒక గ్లాసు నీటిని బాత్‌లో పోస్తే, ఆ నీటి పరిమాణం గ్లాసులోనే ఉంటుంది. నీటి ఆకారం మారవచ్చు, కానీ దాని పరిమాణం ఎప్పటికీ మారదు. తగినంత బలం ప్రయోగించినప్పుడు ఘన మరియు ద్రవ పదార్థాల పరిమాణం మారగలదని గుర్తుంచుకోండి.

ఇంకా చదవండి

పరమాణు సిద్ధాంతం మరియు గతి సిద్ధాంతం గురించిన వ్యాసం

అణు సిద్ధాంతం

వేల సంవత్సరాలుగా, ప్రాచీన గ్రీకులు ప్రతి స్వచ్ఛమైన పదార్థం (బంగారం, ఇనుము మొదలైనవి) అణువులతో కూడి ఉంటుందని నమ్మేవారు. వారి ప్రకారం, ఒక స్వచ్ఛమైన పదార్థాన్ని చిన్న చిన్న ముక్కలుగా కోస్తే, ఆ చిన్న భాగాలను మళ్ళీ కోస్తే, మళ్ళీ వెనక్కి కోస్తే... ఇలా కొనసాగిస్తే, మళ్ళీ కోయలేని అతి చిన్న ముక్కలు మిగులుతాయి. మళ్ళీ కోయలేని ఆ అతి చిన్న ముక్కలనే అణువులు అంటారు. అణువు అంటే "విభజించలేనిది" (గ్రీకు భాష).

ఆ సమయంలో, పరమాణువు ఇకపై విభజించబడదని భావించారు. కానీ తరువాత కొంతమంది శాస్త్రవేత్తలు ఎలక్ట్రాన్లు మరియు పరమాణు కేంద్రకాలను (ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లు) కనుగొన్నారు, దీనివల్ల పరమాణువులను ఉపవిభజన చేయలేమనే భావన తప్పు అని తేలింది. కాబట్టి, పరమాణువులు ఎలక్ట్రాన్లు (రుణాత్మక ఆవేశం గలవి) మరియు పరమాణు కేంద్రకాలను కలిగి ఉంటాయి. ఎలక్ట్రాన్లు కేంద్రకం చుట్టూ తిరుగుతాయి. కేంద్రకం లోపల ప్రోటాన్లు (ధనావేశం గలవి) మరియు న్యూట్రాన్లు (తటస్థ లేదా ఆవేశం లేనివి) ఉంటాయి.

ఇంకా చదవండి

దశ మార్పులు, సంక్షోభ ఉష్ణోగ్రత, ట్రిపుల్ పాయింట్ గురించిన వ్యాసం

ఆదర్శ వాయు నియమం గురించిన చర్చలో, నిజ వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రత మరీ ఎక్కువగా లేనప్పుడు మాత్రమే ఆ నియమం దాని ప్రవర్తనను ఖచ్చితంగా వివరిస్తుందని వివరించబడింది. ఒకవేళ పీడనం మరియు నిజ వాయువు సాంద్రత తగినంత ఎక్కువగా ఉంటే, ఆదర్శ వాయు నియమం తప్పుడు ఫలితాలను ఇస్తుంది. అదేవిధంగా, నిజ వాయువు యొక్క ఉష్ణోగ్రత దాని మరుగు స్థానానికి దగ్గరగా ఉన్నప్పుడు కూడా ఇదే జరుగుతుంది. ఇది నిజ వాయువు అణువుల మధ్య జరిగే పరస్పర చర్యలకు సంబంధించినది. వాయు పీడనం వాయు ఘనపరిమాణానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది. వాయు పీడనం తగినంత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, వాయు ఘనపరిమాణం చిన్నదిగా మారుతుంది. వాయు ఘనపరిమాణం తక్కువగా ఉండటం వల్ల, వాయు అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరవుతుంది. అణువుల మధ్య దూరం దగ్గరైనప్పుడు, ఆ అణువులు ఒకదానికొకటి ఆకర్షించుకుంటాయి. ఇది మీరు ఒక అయస్కాంతంపై ఇనుము ముక్కను ఉంచినప్పుడు లాంటిది. అయస్కాంతానికి మరియు ఇనుముకు మధ్య దూరం తగినంత ఎక్కువగా ఉంటే, అయస్కాంతం ఇనుమును లాగలేదు. కానీ అయస్కాంతానికి మరియు ఇనుముకు మధ్య దూరం దగ్గరగా ఉంటే, ఇనుము దగ్గరకు ఆకర్షించబడుతుంది.

ఇంకా చదవండి

వాన్ డెర్ వాల్స్ అనేది డచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త జె.డి. వాన్ డెర్ వాల్స్ (1837-1923) పేరు. వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం అనేది ఒక వాయువు యొక్క స్థితి సమీకరణం, ఇది ఆదర్శ వాయువు యొక్క స్థితి సమీకరణాన్ని పోలి ఉంటుంది. తేడా ఏమిటంటే, నిజ వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రత తగినంత ఎక్కువగా ఉంటే, ఆదర్శ వాయువు యొక్క స్థితి సమీకరణం కచ్చితమైన ఫలితాలను ఇవ్వలేదు. అయితే, వాన్ డెర్ వాల్స్ స్థితి సమీకరణం మరింత కచ్చితమైన ఫలితాలను ఇవ్వగలదు.

ఆదర్శ స్థితి సమీకరణం యొక్క పరిమితులను గ్రహించిన వాన్ డెర్ వాల్స్ నుండి ఈ సమీకరణం యొక్క ఉనికి ఉద్భవించింది. నిజ వాయువు యొక్క పీడనం మరియు సాంద్రత ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, నిజ వాయువు పరిస్థితిని కూడా ప్రభావితం చేసే అనేక కారకాలను జోడించడం ద్వారా వాల్స్ ఆదర్శ వాయువు యొక్క స్థితి సమీకరణాన్ని సవరించారు.

ఇంకా చదవండి

భాష్పీభవన ప్రక్రియను గతిజ సిద్ధాంతాన్ని ఉపయోగించి వివరించవచ్చు. వాయు అణువుల వలె, నీటి అణువులు కూడా కదులుతాయి. తేడా ఏమిటంటే, అణువుల మధ్య ఆకర్షణ వాటిని కలిపి ఉంచగలదు కాబట్టి నీటి అణువులు చెదరలేవు. దీనికి విరుద్ధంగా, వాయు అణువుల మధ్య ఆకర్షణ బలహీనంగా ఉంటుంది, అందువల్ల వాయు అణువులు సంలీనం కాలేవు. కదులుతున్నప్పుడు, నీటి అణువులకు వేగం ఉంటుంది. అధిక వేగం గల నీటి అణువులు ఉంటాయి; అలాగే తక్కువ వేగం గల నీటి అణువులు కూడా ఉంటాయి. నీటి అణువు యొక్క వేగ వితరణ మాక్స్‌వెల్ వితరణను పోలి ఉంటుంది.

నీటి అణువుల వేగం చాలా ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, వాటి మధ్య ఉండే ఆకర్షణ శక్తి వాటిని కలిపి ఉంచలేకపోతుంది, అప్పుడు భాష్పీభవనం జరుగుతుంది. అంతరిక్షంలోకి వెళ్లే రాకెట్ల మాదిరిగానే, రాకెట్ వేగం చాలా ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల భూమి యొక్క గురుత్వాకర్షణ శక్తి దానిని భూమిపై నిలిపి ఉంచలేదు. గమనించాల్సిన విషయం ఏమిటంటే, అధిక వేగం ఉన్న అణువులు మాత్రమే అణువుల మధ్య ఉండే ఆకర్షణ నుండి తప్పించుకోగలవు. తక్కువ వేగం ఉన్న అణువులు నీటిలాగే కలిసి ఉంటాయి.

ఇంకా చదవండి

మరగడం అనేది ద్రవాన్ని వాయువుగా మార్చే ప్రక్రియ. సంతృప్త ఆవిరి పీడనం గాలి పీడనానికి సమానమైనప్పుడు మరగడం జరుగుతుంది (గాలి పీడనం = వాతావరణ పీడనం). మనం కేవలం నీటిని మరిగించడం గురించి మాత్రమే చర్చిద్దాం. నీటి సంతృప్త ఆవిరి పీడనం, నీటి ఉష్ణోగ్రతకు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది; నీటి ఉష్ణోగ్రత ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, సంతృప్త ఆవిరి పీడనం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది. మనం నీటిని వేడి చేసినప్పుడు, సాధారణంగా పాత్ర అడుగున చిన్న బుడగలు కనిపిస్తాయి. బుడగల ఉనికి ద్రవం వాయువుగా మారడాన్ని సూచిస్తుంది. బుడగలోని సంతృప్త ఆవిరి పీడనం బయటి గాలి పీడనం కంటే తక్కువగా ఉంటే, ఆ బుడగ ఉపరితలానికి చేరకముందే సంకోచించి విచ్ఛిన్నమవుతుంది. బుడగ లోపల ఉన్న ఆవిరి యొక్క నెట్టే శక్తి కంటే బయటి గాలి యొక్క నెట్టే శక్తి ఎక్కువగా ఉండటం వల్ల బుడగలు నాశనమవుతాయి. బుడగలోని ఆవిరి పీడనం కంటే బయటి గాలి పీడనం ఎక్కువగా ఉంటుంది, అందువల్ల బయటి గాలికి మరింత ముఖ్యమైన శక్తి ఉంటుంది (P = F / A).

ఇంకా చదవండి

గాలిలో ఉండే నీటి ఆవిరి పరిమాణాన్ని ఆర్ద్రత తెలియజేస్తుంది. వర్షం పడినప్పుడు, గాలిలో నీటి ఆవిరి అధికంగా ఉండటం వల్ల వాతావరణం చాలా తేమగా ఉంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, గాలిలో నీటి ఆవిరి చాలా తక్కువగా ఉంటే, గాలి పొడిగా ఉంటుంది. గాలిలోని నీటి ఆవిరి పరిమాణాన్ని సాపేక్ష ఆర్ద్రత ద్వారా వ్యక్తపరుస్తారు.

సాపేక్ష ఆర్ద్రత అనేది ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద నీటి ఆవిరి యొక్క పాక్షిక పీడనానికి మరియు సంతృప్త నీటి ఆవిరి యొక్క పీడనానికి మధ్య గల నిష్పత్తి (ఆవిరి అంటే నీటి ఆవిరి). సాపేక్ష ఆర్ద్రతను శాతంలో వ్యక్తపరుస్తారు, దీనిని గణితశాస్త్రపరంగా ఈ విధంగా సూత్రీకరిస్తారు:

ఇంకా చదవండి