Adalah diketahui bahawa di bawah pengaruh zarah haba mempercepatkan gerakan huru-hara mereka. Jika anda memanaskan gas, maka molekul yang membentuknya hanya akan berselerak antara satu sama lain. Cecair yang dipanaskan mula-mula akan meningkat dalam jumlah, dan kemudian mula menguap. Apakah yang akan berlaku kepada pepejal? Tidak semua daripada mereka boleh mengubah keadaan pengagregatannya.
Takrifan pengembangan terma
Pengembangan terma ialah perubahan dalam saiz dan bentuk jasad dengan perubahan suhu. Secara matematik, adalah mungkin untuk mengira pekali pengembangan isipadu, yang memungkinkan untuk meramalkan kelakuan gas dan cecair dalam perubahan keadaan luaran. Untuk mendapatkan keputusan yang sama untuk pepejal, pekali pengembangan linear mesti diambil kira. Ahli fizik telah memilih keseluruhan bahagian untuk penyelidikan jenis ini dan memanggilnya dilatometri.
Jurutera dan arkitek memerlukan pengetahuan tentang kelakuan bahan yang berbeza di bawah pengaruh suhu tinggi dan rendah untuk reka bentuk bangunan, meletakkan jalan dan paip.
Peluasan gas
Termapengembangan gas disertai dengan pengembangan isipadunya di angkasa. Ini diperhatikan oleh ahli falsafah semula jadi pada zaman dahulu, tetapi hanya ahli fizik moden yang berjaya membina pengiraan matematik.
Pertama sekali, saintis mula berminat dengan pengembangan udara, kerana bagi mereka tugas itu boleh dilaksanakan. Mereka turun ke perniagaan dengan begitu bersemangat sehingga mereka mendapat keputusan yang agak bercanggah. Sememangnya, komuniti saintifik tidak berpuas hati dengan hasil sedemikian. Ketepatan ukuran bergantung pada termometer yang digunakan, tekanan dan pelbagai keadaan lain. Sesetengah ahli fizik telah membuat kesimpulan bahawa pengembangan gas tidak bergantung pada perubahan suhu. Atau adakah ketagihan ini tidak lengkap…
Kerja oleh D alton dan Gay-Lussac
Ahli fizik akan terus berhujah sehingga mereka serak atau akan meninggalkan ukuran jika bukan kerana John D alton. Dia dan seorang lagi ahli fizik, Gay-Lussac, dapat memperoleh hasil pengukuran yang sama secara bebas pada masa yang sama.
Lussac cuba mencari sebab untuk begitu banyak hasil yang berbeza dan mendapati bahawa beberapa peranti pada masa percubaan mempunyai air. Sememangnya, dalam proses pemanasan, ia bertukar menjadi stim dan mengubah jumlah dan komposisi gas yang dikaji. Oleh itu, perkara pertama yang dilakukan oleh saintis ialah mengeringkan semua instrumen yang digunakan untuk menjalankan eksperimen, dan mengecualikan peratusan minimum kelembapan daripada gas yang dikaji. Selepas semua manipulasi ini, beberapa percubaan pertama ternyata lebih dipercayai.
D alton menangani isu ini lebih lamarakan sekerjanya dan menerbitkan hasilnya pada awal abad ke-19. Dia mengeringkan udara dengan wap asid sulfurik dan kemudian memanaskannya. Selepas beberapa siri eksperimen, John membuat kesimpulan bahawa semua gas dan wap mengembang dengan faktor 0.376. Lussac mendapat nombor 0.375. Ini menjadi keputusan rasmi kajian.
Keanjalan wap air
Pengembangan haba gas bergantung pada keanjalannya, iaitu keupayaan untuk kembali ke isipadu asalnya. Ziegler adalah orang pertama yang menyiasat isu ini pada pertengahan abad kelapan belas. Tetapi keputusan eksperimennya terlalu berbeza-beza. Angka yang lebih dipercayai diperoleh oleh James Watt, yang menggunakan kawah untuk suhu tinggi dan barometer untuk suhu rendah.
Pada penghujung abad ke-18, ahli fizik Perancis Prony cuba mendapatkan formula tunggal yang akan menerangkan keanjalan gas, tetapi ternyata ia terlalu rumit dan sukar untuk digunakan. D alton memutuskan untuk menguji semua pengiraan secara empirik, menggunakan barometer sifon untuk ini. Walaupun suhu tidak sama dalam semua eksperimen, keputusannya sangat tepat. Jadi dia menerbitkannya sebagai jadual dalam buku teks fiziknya.
Teori penyejatan
Pengembangan haba gas (sebagai teori fizikal) telah mengalami pelbagai perubahan. Para saintis cuba mendapatkan ke bahagian bawah proses yang mana wap dihasilkan. Di sini sekali lagi, ahli fizik terkenal D alton membezakan dirinya. Dia membuat hipotesis bahawa mana-mana ruang tepu dengan wap gas, tidak kira sama ada ia terdapat dalam takungan ini.(bilik) sebarang gas atau wap lain. Oleh itu, boleh disimpulkan bahawa cecair tidak akan tersejat hanya dengan bersentuhan dengan udara atmosfera.
Tekanan ruang udara pada permukaan cecair meningkatkan ruang antara atom, mengoyakkannya dan menyejat, iaitu, ia menyumbang kepada pembentukan wap. Tetapi graviti terus bertindak ke atas molekul wap, jadi saintis mengira bahawa tekanan atmosfera tidak mempunyai kesan ke atas penyejatan cecair.
Pengembangan cecair
Pengembangan haba cecair telah disiasat selari dengan pengembangan gas. Para saintis yang sama terlibat dalam penyelidikan saintifik. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan termometer, aerometer, kapal komunikasi dan instrumen lain.
Semua eksperimen bersama-sama dan masing-masing secara berasingan menyangkal teori D alton bahawa cecair homogen mengembang mengikut kadar kuasa dua suhu di mana ia dipanaskan. Sudah tentu, semakin tinggi suhu, semakin besar isipadu cecair, tetapi tidak ada hubungan langsung antaranya. Ya, dan kadar pengembangan semua cecair adalah berbeza.
Pengembangan haba air, contohnya, bermula pada sifar darjah Celsius dan berterusan apabila suhu menurun. Sebelum ini, hasil eksperimen sedemikian dikaitkan dengan fakta bahawa bukan air itu sendiri yang mengembang, tetapi bekas di mana ia terletak sempit. Tetapi beberapa lama kemudian, ahli fizik Deluca bagaimanapun membuat kesimpulan bahawa punca itu harus dicari dalam cecair itu sendiri. Dia memutuskan untuk mencari suhu ketumpatan terbesarnya. Namun, dia tidak berjaya kerana diabaikanbeberapa butiran. Rumforth, yang mengkaji fenomena ini, mendapati bahawa ketumpatan maksimum air diperhatikan dalam julat dari 4 hingga 5 darjah Celsius.
Peluasan haba badan
Dalam pepejal, mekanisme utama pengembangan ialah perubahan dalam amplitud getaran kekisi kristal. Dengan kata mudah, atom-atom yang membentuk bahan dan diikat secara tegar antara satu sama lain mula "bergetar."
Hukum pengembangan haba jasad dirumuskan seperti berikut: mana-mana jasad dengan saiz linear L dalam proses pemanasan oleh dT (delta T ialah perbezaan antara suhu awal dan suhu akhir), mengembang dengan dL (delta L ialah terbitan pekali pengembangan haba linear mengikut panjang objek dan perbezaan suhu). Ini adalah versi paling mudah undang-undang ini, yang secara lalai mengambil kira bahawa badan mengembang ke semua arah sekaligus. Tetapi untuk kerja amali, pengiraan yang lebih rumit digunakan, kerana pada hakikatnya bahan berkelakuan berbeza daripada yang dimodelkan oleh ahli fizik dan matematik.
Peluasan terma rel
Jurutera fizik sentiasa terlibat dalam pemasangan landasan kereta api, kerana mereka boleh mengira dengan tepat berapa jarak antara sambungan rel supaya landasan tidak berubah bentuk apabila dipanaskan atau disejukkan.
Seperti yang dinyatakan di atas, pengembangan linear haba boleh digunakan untuk semua pepejal. Dan rel tidak terkecuali. Tetapi ada satu perincian. Perubahan linearbebas berlaku jika badan tidak dipengaruhi oleh daya geseran. Rel dilekatkan tegar pada tempat tidur dan dikimpal pada rel bersebelahan, jadi undang-undang yang menerangkan perubahan panjang mengambil kira mengatasi halangan dalam bentuk rintangan linear dan punggung.
Jika rel tidak boleh mengubah panjangnya, maka dengan perubahan suhu, tegasan haba meningkat di dalamnya, yang boleh meregang dan memampatkannya. Fenomena ini diterangkan oleh Hukum Hooke.
