Dihet se nën ndikimin e nxehtësisë grimcat përshpejtojnë lëvizjen e tyre kaotike. Nëse ngrohni një gaz, atëherë molekulat që e përbëjnë atë thjesht do të shpërndahen nga njëra-tjetra. Lëngu i ndezur së pari do të rritet në vëllim, dhe më pas do të fillojë të avullojë. Çfarë do të ndodhë me trupat e ngurtë? Jo secili prej tyre mund të ndryshojë gjendjen e tij të grumbullimit.
Përkufizimi i zgjerimit termik
Zgjerimi termik është një ndryshim në madhësinë dhe formën e trupave me një ndryshim në temperaturë. Matematikisht, është e mundur të llogaritet koeficienti i zgjerimit vëllimor, i cili bën të mundur parashikimin e sjelljes së gazeve dhe lëngjeve në ndryshimin e kushteve të jashtme. Për të marrë të njëjtat rezultate për trupat e ngurtë, duhet të merret parasysh koeficienti i zgjerimit linear. Fizikanët kanë veçuar një pjesë të tërë për këtë lloj kërkimi dhe e kanë quajtur dilatometri.
Inxhinierët dhe arkitektët kanë nevojë për njohuri për sjelljen e materialeve të ndryshme nën ndikimin e temperaturave të larta dhe të ulëta për projektimin e ndërtesave, shtrimin e rrugëve dhe tubacioneve.
Zgjerimi i gazit
Termatikzgjerimi i gazeve shoqërohet me zgjerimin e vëllimit të tyre në hapësirë. Kjo u vu re nga filozofët natyrorë në kohët e lashta, por vetëm fizikantët modernë arritën të ndërtonin llogaritjet matematikore.
Së pari, shkencëtarët u interesuan për zgjerimin e ajrit, pasi u dukej një detyrë e realizueshme. Ata iu nisën biznesit me aq zell, saqë morën rezultate mjaft kontradiktore. Natyrisht, komuniteti shkencor nuk ishte i kënaqur me një rezultat të tillë. Saktësia e matjes varej nga termometri i përdorur, presioni dhe një sërë kushtesh të tjera. Madje disa fizikanë kanë arritur në përfundimin se zgjerimi i gazeve nuk varet nga ndryshimet e temperaturës. Apo është e paplotë kjo varësi…
Vepra nga D alton dhe Gay-Lussac
Fizikanët do të vazhdonin të debatonin derisa të ishin të ngjirur ose do të kishin braktisur matjet nëse jo për John D alton. Ai dhe një fizikan tjetër, Gay-Lussac, ishin në gjendje të merrnin në mënyrë të pavarur të njëjtat rezultate matjeje në të njëjtën kohë.
Lussac u përpoq të gjente arsyen për kaq shumë rezultate të ndryshme dhe vuri re se disa nga pajisjet në kohën e eksperimentit kishin ujë. Natyrisht, në procesin e ngrohjes, ai u kthye në avull dhe ndryshoi sasinë dhe përbërjen e gazrave të studiuar. Prandaj, gjëja e parë që bëri shkencëtari ishte tharja e plotë e të gjitha instrumenteve që përdori për të kryer eksperimentin, dhe për të përjashtuar edhe përqindjen minimale të lagështisë nga gazi në studim. Pas gjithë këtyre manipulimeve, eksperimentet e para dolën më të besueshme.
D alton u mor me këtë çështje më gjatëkolegut të tij dhe i publikoi rezultatet në fillim të shekullit të 19-të. Ai e thau ajrin me avull të acidit sulfurik dhe më pas e ngrohi. Pas një sërë eksperimentesh, John arriti në përfundimin se të gjitha gazet dhe avulli zgjerohen me një faktor prej 0,376. Lussac mori numrin 0,375. Ky u bë rezultati zyrtar i studimit.
Elasticiteti i avullit të ujit
Zgjerimi termik i gazeve varet nga elasticiteti i tyre, pra nga aftësia për t'u kthyer në vëllimin e tyre origjinal. Ziegler ishte i pari që hetoi këtë çështje në mesin e shekullit të tetëmbëdhjetë. Por rezultatet e eksperimenteve të tij ndryshonin shumë. Shifra më të besueshme janë marrë nga James Watt, i cili përdori një kazan për temperaturat e larta dhe një barometër për temperaturat e ulëta.
Në fund të shekullit të 18-të, fizikani francez Prony u përpoq të nxirrte një formulë të vetme që do të përshkruante elasticitetin e gazeve, por doli të ishte shumë e rëndë dhe e vështirë për t'u përdorur. D alton vendosi të testojë të gjitha llogaritjet në mënyrë empirike, duke përdorur një barometër sifon për këtë. Pavarësisht se temperatura nuk ishte e njëjtë në të gjitha eksperimentet, rezultatet ishin shumë të sakta. Kështu ai i botoi si tabelë në librin e tij të fizikës.
Teoria e avullimit
Zgjerimi termik i gazeve (si teori fizike) ka pësuar ndryshime të ndryshme. Shkencëtarët u përpoqën të arrinin në fund të proceseve me të cilat prodhohet avulli. Edhe këtu u dallua fizikani i njohur D alton. Ai hodhi hipotezën se çdo hapësirë është e ngopur me avujt e gazit, pavarësisht nëse është e pranishme në këtë rezervuar.(dhoma) çdo gaz ose avull tjetër. Prandaj, mund të konkludohet se lëngu nuk do të avullojë thjesht duke rënë në kontakt me ajrin atmosferik.
Presioni i kolonës së ajrit në sipërfaqen e lëngut rrit hapësirën midis atomeve, duke i copëtuar dhe avulluar ato, domethënë kontribuon në formimin e avullit. Por graviteti vazhdon të veprojë në molekulat e avullit, kështu që shkencëtarët llogaritën se presioni atmosferik nuk ka asnjë efekt në avullimin e lëngjeve.
Zgjerimi i lëngjeve
Zgjerimi termik i lëngjeve është hetuar paralelisht me zgjerimin e gazeve. Të njëjtët shkencëtarë ishin të angazhuar në kërkime shkencore. Për ta bërë këtë, ata përdorën termometra, aerometra, enë komunikuese dhe instrumente të tjera.
Të gjitha eksperimentet së bashku dhe secili veç e veç hodhën poshtë teorinë e D alton-it se lëngjet homogjene zgjerohen në proporcion me katrorin e temperaturës në të cilën ato nxehen. Natyrisht, sa më e lartë të jetë temperatura, aq më i madh është vëllimi i lëngut, por nuk kishte asnjë lidhje të drejtpërdrejtë midis tij. Po, dhe shkalla e zgjerimit të të gjitha lëngjeve ishte e ndryshme.
Zgjerimi termik i ujit, për shembull, fillon në zero gradë Celsius dhe vazhdon me uljen e temperaturës. Më parë, rezultate të tilla të eksperimenteve shoqëroheshin me faktin se nuk është vetë uji që zgjerohet, por ena në të cilën ndodhet ngushtohet. Por disa kohë më vonë, fizikani Deluca megjithatë arriti në përfundimin se shkaku duhet kërkuar në vetë lëngun. Ai vendosi të gjejë temperaturën e densitetit më të madh. Megjithatë, ai nuk ia doli për shkak të neglizhencësdisa detaje. Rumforth, i cili studioi këtë fenomen, zbuloi se dendësia maksimale e ujit vërehet në intervalin nga 4 deri në 5 gradë Celsius.
Zgjerimi termik i trupave
Në trupat e ngurtë, mekanizmi kryesor i zgjerimit është një ndryshim në amplituda e dridhjeve të rrjetës kristalore. Me fjalë të thjeshta, atomet që përbëjnë materialin dhe janë të lidhur ngushtë me njëri-tjetrin fillojnë të "dridhen".
Ligji i zgjerimit termik të trupave formulohet si më poshtë: çdo trup me madhësi lineare L në procesin e ngrohjes me dT (delta T është diferenca midis temperaturës fillestare dhe temperaturës përfundimtare), zgjerohet me dL. (delta L është derivat i koeficientit të zgjerimit termik linear sipas gjatësisë së objektit dhe ndryshimit të temperaturës). Ky është versioni më i thjeshtë i këtij ligji, i cili si parazgjedhje merr parasysh që trupi zgjerohet në të gjitha drejtimet menjëherë. Por për punë praktike, përdoren llogaritje shumë më të rënda, pasi në realitet materialet sillen ndryshe nga ato të modeluara nga fizikanët dhe matematikanët.
Zgjerimi termik i hekurudhës
Inxhinierët fizikë janë gjithmonë të përfshirë në shtrimin e trasesë hekurudhore, pasi ata mund të llogarisin me saktësi se sa distancë duhet të jetë midis nyjeve të hekurudhës në mënyrë që binarët të mos deformohen kur nxehen ose ftohen.
Siç u përmend më lart, zgjerimi linear termik është i zbatueshëm për të gjitha trupat e ngurtë. Dhe hekurudha nuk bën përjashtim. Por ka një detaj. Ndryshimi linearndodh lirisht nëse trupi nuk ndikohet nga forca e fërkimit. Binarët janë ngjitur në mënyrë të ngurtë me traversat dhe ngjiten në shina ngjitur, kështu që ligji që përshkruan ndryshimin e gjatësisë merr parasysh kapërcimin e pengesave në formën e rezistencave lineare dhe të prapanicës.
Nëse një hekurudhë nuk mund të ndryshojë gjatësinë e saj, atëherë me një ndryshim të temperaturës, stresi termik rritet në të, i cili mund ta zgjasë dhe ngjesh atë. Ky fenomen përshkruhet nga Ligji i Hukut.
