10.1 ಪರಿಚಯ

ನಮಗೆಲ್ಲಾ ಉಷ್ಣ ಮತ್ತು ತಾಪಮಾನದ ಬಗ್ಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯ ಅರ್ಥದ ತಿಳುವಳಿಕೆ ಇದೆ. ತಾಪಮಾನವು ಒಂದು ವಸ್ತುವಿನ ‘ಬಿಸಿತನ’ದ ಅಳತೆ. ಕುದಿಯುವ ನೀರಿನ ಕೆಟಲ್ ಒಂದು ಹಿಮದ ಘನವಿರುವ ಪೆಟ್ಟಿಗೆಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಬಿಸಿಯಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ, ನಾವು ಉಷ್ಣ, ತಾಪಮಾನ, ಇತ್ಯಾದಿ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಎಚ್ಚರಿಕೆಯಿಂದ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಅಧ್ಯಾಯದಲ್ಲಿ, ಉಷ್ಣ ಎಂದರೇನು ಮತ್ತು ಅದನ್ನು ಹೇಗೆ ಅಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನೀವು ಕಲಿಯುವಿರಿ, ಮತ್ತು ಒಂದು ವಸ್ತುವಿನಿಂದ ಇನ್ನೊಂದು ವಸ್ತುವಿಗೆ ಉಷ್ಣ ಹರಿಯುವ ವಿವಿಧ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುವಿರಿ. ಈ ಮಾರ್ಗದಲ್ಲಿ, ಕಮ್ಮಾರರು ಕುದುರೆ ಬಂಡಿಯ ಚಕ್ರದ ಮರದ ರಿಮ್ಗೆ ಹೊಂದಿಕೊಳ್ಳುವ ಮೊದಲು ಕಬ್ಬಿಣದ ಉಂಗುರವನ್ನು ಏಕೆ ಬಿಸಿ ಮಾಡುತ್ತಾರೆ ಮತ್ತು ಸೂರ್ಯ ಅಸ್ತಮಿಸಿದ ನಂತರ ಕಡಲತೀರದ ಗಾಳಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ದಿಕ್ಕನ್ನು ಏಕೆ ಬದಲಾಯಿಸುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನೀವು ಕಂಡುಕೊಳ್ಳುವಿರಿ. ನೀರು ಕುದಿಯುವಾಗ ಅಥವಾ ಹೆಪ್ಪುಗಟ್ಟುವಾಗ ಏನಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನೂ ನೀವು ಕಲಿಯುವಿರಿ, ಮತ್ತು ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಬಹಳಷ್ಟು ಉಷ್ಣವು ಅದರೊಳಗೆ ಪ್ರವೇಶಿಸುತ್ತಿದ್ದರೂ ಅಥವಾ ಹೊರಬರುತ್ತಿದ್ದರೂ ಸಹ ಅದರ ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ.

10.2 ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣ

ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣದ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಗಳೊಂದಿಗೆ ವಸ್ತುಗಳ ಉಷ್ಣೀಯ ಗುಣಗಳ ಅಧ್ಯಯನವನ್ನು ನಾವು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಬಹುದು. ತಾಪಮಾನವು ಬಿಸಿತನ ಅಥವಾ ತಣ್ಣಗಿರುವಿಕೆಯ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಅಳತೆ ಅಥವಾ ಸೂಚಕವಾಗಿದೆ. ಬಿಸಿಯಾದ ಪಾತ್ರೆಯು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದೂ, ಹಿಮದ ಘನವು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದೂ ಹೇಳಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇನ್ನೊಂದು ವಸ್ತುವಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವಸ್ತುವು ಹೆಚ್ಚು ಬಿಸಿಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ಹೇಳಲಾಗುತ್ತದೆ. ಬಿಸಿ ಮತ್ತು ತಣ್ಣಗೆ ಎಂಬುದು ಎತ್ತರ ಮತ್ತು ಕುಳ್ಳು ಎಂಬಂತಹ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಪದಗಳು ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿ. ಸ್ಪರ್ಶದಿಂದ ನಾವು ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಗ್ರಹಿಸಬಹುದು. ಆದರೆ, ಈ ತಾಪಮಾನದ ಅರಿವು ಸ್ವಲ್ಪಮಟ್ಟಿಗೆ ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹವಲ್ಲ ಮತ್ತು ಅದರ ವ್ಯಾಪ್ತಿ ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಉದ್ದೇಶಗಳಿಗೆ ಉಪಯುಕ್ತವಾಗಲು ತುಂಬಾ ಸೀಮಿತವಾಗಿದೆ.

ಬಿಸಿಯಾದ ಬೇಸಿಗೆ ದಿನದಲ್ಲಿ ಮೇಜಿನ ಮೇಲೆ ಬಿಟ್ಟ ಹಿಮದ ನೀರಿನ ಗ್ಲಾಸ್ ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಬೆಚ್ಚಗಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಅದೇ ಮೇಜಿನ ಮೇಲಿರುವ ಬಿಸಿ ಚಹಾದ ಕಪ್ ತಣ್ಣಗಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದು ನಮಗೆ ಅನುಭವದಿಂದ ತಿಳಿದಿದೆ. ಇದರರ್ಥ ಒಂದು ವಸ್ತುವಿನ ತಾಪಮಾನ, ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಹಿಮದ ನೀರು ಅಥವಾ ಬಿಸಿ ಚಹಾ, ಮತ್ತು ಅದರ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಮಾಧ್ಯಮವು ವಿಭಿನ್ನವಾಗಿರುವಾಗ, ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಮತ್ತು ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಮಾಧ್ಯಮದ ನಡುವೆ ಉಷ್ಣ ವರ್ಗಾವಣೆ ನಡೆಯುತ್ತದೆ, ವಸ್ತು ಮತ್ತು ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಮಾಧ್ಯಮ ಒಂದೇ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿರುವವರೆಗೆ. ಹಿಮದ ನೀರಿನ ಗ್ಲಾಸ್ ಟಂಬ್ಲರ್ನ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಪರಿಸರದಿಂದ ಗ್ಲಾಸ್ ಟಂಬ್ಲರ್ಗೆ ಉಷ್ಣವು ಹರಿಯುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಬಿಸಿ ಚಹಾದ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಅದು ಬಿಸಿ ಚಹಾದ ಕಪ್ನಿಂದ ಪರಿಸರಕ್ಕೆ ಹರಿಯುತ್ತದೆ ಎಂಬುದೂ ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ತಾಪಮಾನದ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಎರಡು (ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚು) ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ನಡುವೆ ಅಥವಾ ಒಂದು ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ನಡುವೆ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುವ ಶಕ್ತಿಯ ರೂಪವೇ ಉಷ್ಣ ಎಂದು ನಾವು ಹೇಳಬಹುದು. ವರ್ಗಾವಣೆಯಾದ ಉಷ್ಣ ಶಕ್ತಿಯ SI ಏಕಮಾನವನ್ನು ಜೂಲ್ $(J)$ ನಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ತಾಪಮಾನದ SI ಏಕಮಾನವು ಕೆಲ್ವಿನ್ (K) ಆಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಡಿಗ್ರಿ ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ $\left({ }^{\circ} \mathrm{C}\right)$ ತಾಪಮಾನದ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಏಕಮಾನವಾಗಿದೆ. ಒಂದು ವಸ್ತುವನ್ನು ಬಿಸಿ ಮಾಡಿದಾಗ, ಅನೇಕ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಸಂಭವಿಸಬಹುದು. ಅದರ ತಾಪಮಾನ ಏರಬಹುದು, ಅದು ವಿಸ್ತರಿಸಬಹುದು ಅಥವಾ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಬಹುದು. ನಂತರದ ವಿಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ ವಿವಿಧ ವಸ್ತುಗಳ ಮೇಲೆ ಉಷ್ಣದ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ನಾವು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡುತ್ತೇವೆ.

10.3 ತಾಪಮಾನದ ಅಳತೆ

ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ ಬಳಸಿ ತಾಪಮಾನದ ಅಳತೆಯನ್ನು ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಸ್ತುಗಳ ಅನೇಕ ಭೌತಿಕ ಗುಣಗಳು ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗೆ ಸಾಕಷ್ಟು ಬದಲಾಗುತ್ತವೆ. ಕೆಲವು ಅಂತಹ ಗುಣಗಳನ್ನು ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸುವ ಆಧಾರವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ಗುಣವು ದ್ರವದ ಪರಿಮಾಣದ ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಾಗಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಸಾಮಾನ್ಯ ದ್ರವ-ಕಾಚಿನ ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ಗಳಲ್ಲಿ, ಪಾದರಸ, ಆಲ್ಕೋಹಾಲ್ ಇತ್ಯಾದಿಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅವುಗಳ ಪರಿಮಾಣವು ವಿಶಾಲ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗೆ ರೇಖೀಯವಾಗಿ ಬದಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ಗಳನ್ನು ಮಾಪನಾಂಕಿತಗೊಳಿಸಲಾಗಿದೆ ಇದರಿಂದಾಗಿ ಸೂಕ್ತ ಮಾಪಕದಲ್ಲಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ಸಂಖ್ಯಾತ್ಮಕ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ನಿಗದಿಪಡಿಸಬಹುದು. ಯಾವುದೇ ಪ್ರಮಾಣಿತ ಮಾಪಕದ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಕ್ಕೆ, ಎರಡು ಸ್ಥಿರ ಉಲ್ಲೇಖ ಬಿಂದುಗಳು ಬೇಕಾಗುತ್ತವೆ. ಎಲ್ಲಾ ವಸ್ತುಗಳು ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗೆ ಆಯಾಮಗಳನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವ ಕಾರಣ, ವಿಸ್ತರಣೆಗಾಗಿ ಸಂಪೂರ್ಣ ಉಲ್ಲೇಖ ಲಭ್ಯವಿಲ್ಲ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಸ್ಥಿರ ಬಿಂದುಗಳನ್ನು ಯಾವಾಗಲೂ ಒಂದೇ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಭೌತಿಕ ವಿದ್ಯಮಾನಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಬಹುದು. ನೀರಿನ ಹಿಮ ಬಿಂದು ಮತ್ತು ಆವಿ ಬಿಂದು ಎಂಬುದು ಎರಡು ಅನುಕೂಲಕರ ಸ್ಥಿರ ಬಿಂದುಗಳು ಮತ್ತು ಕ್ರಮವಾಗಿ ಹೆಪ್ಪುಗಟ್ಟುವ ಬಿಂದು ಮತ್ತು ಕುದಿಯುವ ಬಿಂದು ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುತ್ತವೆ. ಈ ಎರಡು ಬಿಂದುಗಳು ಪ್ರಮಾಣಿತ ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿ ಶುದ್ಧ ನೀರು ಹೆಪ್ಪುಗಟ್ಟುವ ಮತ್ತು ಕುದಿಯುವ ತಾಪಮಾನಗಳಾಗಿವೆ. ಎರಡು ಪರಿಚಿತ ತಾಪಮಾನ ಮಾಪಕಗಳೆಂದರೆ ಫ್ಯಾರನ್ಹೀಟ್ ತಾಪಮಾನ ಮಾಪಕ ಮತ್ತು ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ತಾಪಮಾನ ಮಾಪಕ. ಹಿಮ ಮತ್ತು ಆವಿ ಬಿಂದುಗಳು ಫ್ಯಾರನ್ಹೀಟ್ ಮಾಪಕದಲ್ಲಿ ಕ್ರಮವಾಗಿ $32^{\circ} \mathrm{F}$ ಮತ್ತು $212^{\circ} \mathrm{F}$ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಮತ್ತು ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ಮಾಪಕದಲ್ಲಿ $0 \mathrm{C}$ ಮತ್ತು $100{ }^{\circ} \mathrm{C}$ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಫ್ಯಾರನ್ಹೀಟ್ ಮಾಪಕದಲ್ಲಿ, ಎರಡು ಉಲ್ಲೇಖ ಬಿಂದುಗಳ ನಡುವೆ 180 ಸಮಾನ ಮಧ್ಯಂತರಗಳಿವೆ, ಮತ್ತು ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ಮಾಪಕದಲ್ಲಿ, 100 ಇವೆ.

ಚಿತ್ರ 10.1 ಫ್ಯಾರನ್ಹೀಟ್ ತಾಪಮಾನ (tF ) ವಿರುದ್ಧ ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ತಾಪಮಾನ (tc) ನ ಗ್ರಾಫ್.

ಎರಡು ಮಾಪಕಗಳ ನಡುವೆ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಫ್ಯಾರನ್ಹೀಟ್ ತಾಪಮಾನ $\left(t_{\mathrm{F}}\right)$ ವಿರುದ್ಧ ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ತಾಪಮಾನ $\left(t_{\mathrm{C}}\right)$ ನ ನೇರ ರೇಖೆಯ ಗ್ರಾಫ್ನಿಂದ ಪಡೆಯಬಹುದು (ಚಿತ್ರ 10.1), ಅದರ ಸಮೀಕರಣವು

$$ \begin{equation*} \frac{t_{F}-32}{180}=\frac{t_{C}}{100} \tag{10.1} \end{equation*} $$

10.4 ಆದರ್ಶ-ವಾಯು ಸಮೀಕರಣ ಮತ್ತು ಸಂಪೂರ್ಣ ತಾಪಮಾನ

ದ್ರವ-ಕಾಚಿನ ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ಗಳು ವಿಭಿನ್ನ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಗಳ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಸ್ಥಿರ ಬಿಂದುಗಳನ್ನು ಹೊರತುಪಡಿಸಿ ಇತರ ತಾಪಮಾನಗಳಿಗೆ ವಿಭಿನ್ನ ರೀಡಿಂಗ್ಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ಆದರೆ, ವಾಯುವನ್ನು ಬಳಸುವ ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ ಯಾವ ವಾಯುವನ್ನು ಬಳಸಿದರೂ ಒಂದೇ ರೀಡಿಂಗ್ಗಳನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಕಡಿಮೆ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿರುವ ಎಲ್ಲಾ ವಾಯುಗಳು ಒಂದೇ ವಿಸ್ತರಣಾ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಪ್ರಯೋಗಗಳು ತೋರಿಸುತ್ತವೆ. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಮಾಣದ (ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ) ವಾಯುವಿನ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸುವ ಅಸ್ಥಿರಗಳೆಂದರೆ ಒತ್ತಡ, ಪರಿಮಾಣ ಮತ್ತು ತಾಪಮಾನ $(P, V$, ಮತ್ತು $T)$ (ಇಲ್ಲಿ $T=t+273.15$; $t$ ${ }^{\circ} \mathrm{C}$ ನಲ್ಲಿನ ತಾಪಮಾನವಾಗಿದೆ). ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಸ್ಥಿರವಾಗಿಟ್ಟಾಗ, ಒಂದು ಪ್ರಮಾಣದ ವಾಯುವಿನ ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಪರಿಮಾಣವು $P V=$ ಸ್ಥಿರಾಂಕ ಎಂದು ಸಂಬಂಧಿಸಿವೆ. ಈ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಬಾಯ್ಲ್ನ ನಿಯಮ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅದನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿದ ಇಂಗ್ಲಿಷ್ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರಜ್ಞ ರಾಬರ್ಟ್ ಬಾಯ್ಲ್ (1627-1691) ನ ನಂತರ. ಒತ್ತಡವನ್ನು ಸ್ಥಿರವಾಗಿಟ್ಟಾಗ, ವಾಯುವಿನ ಒಂದು ಪ್ರಮಾಣದ ಪರಿಮಾಣವು ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗೆ $V / T=$ ಸ್ಥಿರಾಂಕ ಎಂದು ಸಂಬಂಧಿಸಿವೆ. ಈ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಚಾರ್ಲ್ಸ್ ನಿಯಮ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ, ಫ್ರೆಂಚ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಜಾಕ್ವೆಸ್ ಚಾರ್ಲ್ಸ್ (17471823) ನ ನಂತರ. ಕಡಿಮೆ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ವಾಯುಗಳು ಈ ನಿಯಮಗಳನ್ನು ಪಾಲಿಸುತ್ತವೆ, ಅವುಗಳನ್ನು ಒಂದೇ ಸಂಬಂಧದಲ್ಲಿ ಸಂಯೋಜಿಸಬಹುದು. ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಮಾಣದ ವಾಯುವಿಗೆ $P V=$ ಸ್ಥಿರಾಂಕ ಮತ್ತು $V / T=$ ಸ್ಥಿರಾಂಕ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ, ನಂತರ $P V / T$ ಸಹ ಸ್ಥಿರಾಂಕವಾಗಿರಬೇಕು ಎಂಬುದನ್ನು ಗಮನಿಸಿ. ಈ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಆದರ್ಶ ವಾಯು ನಿಯಮ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಸಾಮಾನ್ಯ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಬರೆಯಬಹುದು, ಅದು ಕೇವಲ ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ವಾಯುವಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಮಾಣಕ್ಕೆ ಮಾತ್ರವಲ್ಲದೆ ಯಾವುದೇ ಕಡಿಮೆ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ವಾಯುವಿನ ಯಾವುದೇ ಪ್ರಮಾಣಕ್ಕೂ ಅನ್ವಯಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ಆದರ್ಶ-ವಾಯು ಸಮೀಕರಣ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ:

$$ \begin{align*} & \frac{P V}{T}=\mu R \\ & \text { or } P V=\mu R T \tag{10.2} \end{align*} $$

ಇಲ್ಲಿ, $\mu$ ವಾಯುವಿನ ಮಾದರಿಯಲ್ಲಿನ ಮೋಲ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆ ಮತ್ತು $R$ ಅನ್ನು ಸಾರ್ವತ್ರಿಕ ವಾಯು ಸ್ಥಿರಾಂಕ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ:

$$ R=8.31 \mathrm{~J} \mathrm{~mol}^{-1} \mathrm{~K}^{-1}$$

ಸಮೀಕರಣ 10.2 ರಲ್ಲಿ, ಒತ್ತಡ ಮತ್ತು ಪರಿಮಾಣವು ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ನೇರ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ ಎಂದು ನಾವು ಕಲಿತಿದ್ದೇವೆ: $P V \propto T$. ಈ ಸಂಬಂಧವು ಸ್ಥಿರ ಪರಿಮಾಣದ ವಾಯು ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ನಲ್ಲಿ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಅಳೆಯಲು ವಾಯುವನ್ನು ಬಳಸಲು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ. ವಾಯುವಿನ ಪರಿಮಾಣವನ್ನು ಸ್ಥಿರವಾಗಿಟ್ಟುಕೊಂಡು, ಅದು $P \propto T$ ನೀಡುತ್ತದೆ. ಹೀಗಾಗಿ, ಸ್ಥಿರ-ಪರಿಮಾಣದ ವಾಯು ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ನೊಂದಿಗೆ, ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಒತ್ತಡದ ಪರಿಭಾಷೆಯಲ್ಲಿ ಓದಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಒತ್ತಡ ವಿರುದ್ಧ ತಾಪಮಾನದ ಗ್ರಾಫ್ ಒಂದು ನೇರ ರೇಖೆಯನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ, ಚಿತ್ರ 10.2 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ.

ಚಿತ್ರ 10.2 ಸ್ಥಿರ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿ ಇರಿಸಲಾದ ಕಡಿಮೆ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ವಾಯುವಿನ ಒತ್ತಡ ವಿರುದ್ಧ ತಾಪಮಾನ.

ಚಿತ್ರ 10.3 ಒತ್ತಡ ವಿರುದ್ಧ ತಾಪಮಾನದ ಗ್ರಾಫ್ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ವಾಯುಗಳಿಗೆ ರೇಖೆಗಳ ವಿಸ್ತರಣೆಯು ಒಂದೇ ಸಂಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, ನಿಜವಾದ ವಾಯುಗಳ ಮೇಲಿನ ಮಾಪನಗಳು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಆದರ್ಶ ವಾಯು ನಿಯಮದಿಂದ ಊಹಿಸಲಾದ ಮೌಲ್ಯಗಳಿಂದ ವಿಚಲಿತವಾಗುತ್ತವೆ. ಆದರೆ ಸಂಬಂಧವು ದೊಡ್ಡ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ರೇಖೀಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ವಾಯುವು ವಾಯುವಾಗಿ ಮುಂದುವರಿದರೆ ತಾಪಮಾನ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ಒತ್ತಡವು ಶೂನ್ಯವನ್ನು ತಲುಪಬಹುದು ಎಂದು ತೋರುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಒಂದು ಆದರ್ಶ ವಾಯುವಿಗೆ ಸಂಪೂರ್ಣ ಕನಿಷ್ಠ ತಾಪಮಾನವನ್ನು, ಚಿತ್ರ 10.3 ರಲ್ಲಿರುವಂತೆ, ನೇರ ರೇಖೆಯನ್ನು ಅಕ್ಷಕ್ಕೆ ವಿಸ್ತರಿಸುವ ಮೂಲಕ ನಿರ್ಣಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ತಾಪಮಾನವು $-273.15^{\circ} \mathrm{C}$ ಎಂದು ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಂಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯ ಎಂದು ನಿಗದಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಸಂಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯವು ಬ್ರಿಟಿಷ್ ವಿಜ್ಞಾನಿ ಲಾರ್ಡ್ ಕೆಲ್ವಿನ್ ನ ನಂತರ ಹೆಸರಿಸಲಾದ ಕೆಲ್ವಿನ್ ತಾಪಮಾನ ಮಾಪಕ ಅಥವಾ ಸಂಪೂರ್ಣ ಮಾಪಕ ತಾಪಮಾನದ ಅಡಿಪಾಯವಾಗಿದೆ. ಈ ಮಾಪಕದಲ್ಲಿ, $-273.15^{\circ} \mathrm{C}$ ಅನ್ನು ಶೂನ್ಯ ಬಿಂದುವಾಗಿ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳಲಾಗುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ $0 \mathrm{~K}$ (ಚಿತ್ರ 10.4).

ಚಿತ್ರ 10.4 ಕೆಲ್ವಿನ್, ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ಮತ್ತು ಫ್ಯಾರನ್ಹೀಟ್ ತಾಪಮಾನ ಮಾಪಕಗಳ ಹೋಲಿಕೆ.

ಕೆಲ್ವಿನ್ ಮತ್ತು ಸೆಲ್ಸಿಯಸ್ ತಾಪಮಾನ ಮಾಪಕಗಳಲ್ಲಿನ ಏಕಮಾನದ ಗಾತ್ರ ಒಂದೇ ಆಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಈ ಮಾಪಕಗಳ ಮೇಲಿನ ತಾಪಮಾನವು ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ

$$ \begin{equation*} T=t_{\mathrm{C}}+273.15 \tag{10.3} \end{equation*} $$

10.5 ಉಷ್ಣೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆ

ಲೋಹದ ಮುಚ್ಚಳಗಳಿರುವ ಮುಚ್ಚಿದ ಬಾಟಲಿಗಳು ಕೆಲವೊಮ್ಮೆ ತುಂಬಾ ಬಿಗಿಯಾಗಿ ತಿರುಗಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿರುತ್ತವೆ, ಅದನ್ನು ತೆರೆಯಲು ಒಬ್ಬರು ಮುಚ್ಚಳವನ್ನು ಸ್ವಲ್ಪ ಸಮಯ ಬಿಸಿ ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಇಡಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ನೀವು ಗಮನಿಸಿರಬಹುದು. ಇದು ಲೋಹದ ಮುಚ್ಚಳವನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸಲು ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಆ ಮೂಲಕ ಅದನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ತಿರುಗಿಸಲು ಸಡಿಲಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ದ್ರವಗಳ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ ಸ್ವಲ್ಪ ಬೆಚ್ಚಗಿನ ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಇಡಲ್ಪಟ್ಟಾಗ, ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ನಲ್ಲಿನ ಪಾದರಸ ಏರುತ್ತದೆ ಎಂದು ನೀವು ಗಮನಿಸಿರಬಹುದು. ನಾವು ಬೆಚ್ಚಗಿನ ನೀರಿನಿಂದ ಥರ್ಮಾಮೀಟರ್ ತೆಗೆದರೆ ಪಾದರಸದ ಮಟ್ಟ ಮತ್ತೆ ಇಳಿಯುತ್ತದೆ. ಅಂತೆಯೇ, ವಾಯುಗಳ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ತಂಪಾದ ಕೋಣೆಯಲ್ಲಿ ಭಾಗಶಃ ಊದಿದ ಬಲೂನ್ ಬೆಚ್ಚಗಿನ ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಇಡಲ್ಪಟ್ಟಾಗ ಪೂರ್ಣ ಗಾತ್ರಕ್ಕೆ ವಿಸ್ತರಿಸಬಹುದು. ಮತ್ತೊಂದೆಡೆ, ತಂಪಾದ ನೀರಿನಲ್ಲಿ ಮುಳುಗಿಸಲಾದ ಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಊದಿದ ಬಲೂನ್ ಒಳಗಿನ ಗಾಳಿಯ ಸಂಕೋಚನದಿಂದ ಕುಗ್ಗಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸುತ್ತದೆ.

ಹೆಚ್ಚಿನ ವಸ್ತುಗಳು ಬಿಸಿ ಮಾಡಿದಾಗ ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ತಂಪಾಗಿಸಿದಾಗ ಸಂಕುಚಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ ಎಂಬುದು ನಮ್ಮ ಸಾಮಾನ್ಯ ಅನುಭವ. ಒಂದು ವಸ್ತುವಿನ ತಾಪಮಾನದ ಬದಲಾವಣೆಯು ಅದರ ಆಯಾಮಗಳಲ್ಲಿ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ. ವಸ್ತುವಿನ ತಾಪಮಾನದ ಹೆಚ್ಚಳದಿಂದಾಗಿ ಅದರ ಆಯಾಮಗಳಲ್ಲಿ ಆಗುವ ಹೆಚ್ಚಳವನ್ನು ಉಷ್ಣೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ವಿಸ್ತರಣೆಯನ್ನು ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಿಸ್ತೀರ್ಣದಲ್ಲಿನ ವಿಸ್ತರಣೆಯನ್ನು ವಿಸ್ತೀರ್ಣ ವಿಸ್ತರಣೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿನ ವಿಸ್ತರಣೆಯನ್ನು ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣೆ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 10.5).

ಚಿತ್ರ 10.5 ಉಷ್ಣೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆ

ವಸ್ತುವು ಉದ್ದನೆಯ ಕಡ್ಡಿಯ ರೂಪದಲ್ಲಿದ್ದರೆ, ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಸಣ್ಣ ಬದಲಾವಣೆಗೆ, $\Delta T$, ಉದ್ದದಲ್ಲಿನ ಭಾಗಶಃ ಬದಲಾವಣೆ, $\Delta l / l$, ನೇರವಾಗಿ $\Delta T$ ಗೆ ಅನುಪಾತದಲ್ಲಿರುತ್ತದೆ.

$$ \begin{equation*} \frac{\Delta l}{l}=\alpha_{1} \Delta T \tag{10.4} \end{equation*} $$

ಇಲ್ಲಿ $\alpha_{1}$ ಅನ್ನು ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕ (ಅಥವಾ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆ) ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅದು ಕಡ್ಡಿಯ ವಸ್ತುವಿನ ಗುಣಲಕ್ಷಣವಾಗಿದೆ. ಕೋಷ್ಟಕ 10.1 ರಲ್ಲಿ, $0^{\circ} \mathrm{C}$ ನಿಂದ $100 \mathrm{C}$ ವರೆಗಿನ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕದ ವಿಶಿಷ್ಟ ಸರಾಸರಿ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ನೀಡಲಾಗಿದೆ. ಈ ಕೋಷ್ಟಕದಿಂದ, ಗಾಜು ಮತ್ತು ತಾಮ್ರದ $\alpha_{1}$ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಹೋಲಿಕೆ ಮಾಡಿ. ತಾಮ್ರವು ಅದೇ ತಾಪಮಾನ ಏರಿಕೆಗೆ ಗಾಜಿಗಿಂತ ಸುಮಾರು ಐದು ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚು ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ನಾವು ಕಂಡುಕೊಳ್ಳುತ್ತೇವೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ, ಲೋಹಗಳು ಹೆಚ್ಚು ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ $\alpha_{1}$ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ.

ಕೋಷ್ಟಕ 10.1 ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳ ರೇಖೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕದ ಮೌಲ್ಯಗಳು

ಅಂತೆಯೇ, ತಾಪಮಾನ ಬದಲಾವಣೆ $\Delta T$ ಗಾಗಿ ವಸ್ತುವಿನ ಪರಿಮಾಣದಲ್ಲಿನ ಭಾಗಶಃ ಬದಲಾವಣೆ, $\frac{\Delta V}{V}$, ಅನ್ನು ನಾವು ಪರಿಗಣಿಸುತ್ತೇವೆ ಮತ್ತು ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕ (ಅಥವಾ ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣೆ), $\alpha_{\mathrm{V}}$ ಅನ್ನು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸುತ್ತೇವೆ

$$ \begin{equation*} \alpha_{\mathrm{v}}=\left(\frac{\Delta V}{V}\right) \frac{1}{\Delta T} \tag{10.5} \end{equation*} $$

ಇಲ್ಲಿ $\alpha_{\mathrm{v}}$ ಸಹ ವಸ್ತುವಿನ ಗುಣಲಕ್ಷಣವಾಗಿದೆ ಆದರೆ ಕಟ್ಟುನಿಟ್ಟಾಗಿ ಸ್ಥಿರಾಂಕವಲ್ಲ. ಇದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ತಾಪಮಾನದ ಮೇಲೆ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಚಿತ್ರ 10.6). $\alpha_{\mathrm{v}}$ ಕೇವಲ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಸ್ಥಿರಾಂಕವಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಂಡುಬರುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರ 10.6 ತಾಪಮಾನದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ತಾಮ್ರದ ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕ.

ಕೋಷ್ಟಕ 10.2 $0-100^{\circ} \mathrm{C}$ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ಸಾಮಾನ್ಯ ವಸ್ತುಗಳ ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕದ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ನೀಡುತ್ತದೆ. ಈ ವಸ್ತುಗಳ (ಘನ ಮತ್ತು ದ್ರವ) ಉಷ್ಣೀಯ ವಿಸ್ತರಣೆಯು ತುಂಬಾ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ ಎಂದು ನೀವು ನೋಡಬಹುದು, ಪೈರೆಕ್ಸ್ ಗಾಜು ಮತ್ತು ಇನ್ವಾರ್ (ವಿಶೇಷ ಕಬ್ಬಿಣ-ನಿಕೆಲ್ ಮಿಶ್ರಲೋಹ) ನಂತಹ ವಸ್ತುಗಳು ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ $\alpha_{\mathrm{v}}$ ಮೌಲ್ಯಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಈ ಕೋಷ್ಟಕದಿಂದ ಆಲ್ಕೋಹಾಲ್ (ಎಥನಾಲ್) ಗಾಗಿ $\alpha_{\mathrm{v}}$ ಮೌಲ್ಯವು ಪಾದರಸಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಎಂದು ನಾವು ಕಂಡುಕೊಳ್ಳುತ್ತೇವೆ ಮತ್ತು ಅದೇ ತಾಪಮಾನ ಏರಿಕೆಗೆ ಪಾದರಸಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತದೆ.

ಕೋಷ್ಟಕ 10.2 ಕೆಲವು ವಸ್ತುಗಳ ಪರಿಮಾಣ ವಿಸ್ತರಣೆಯ ಗುಣಾಂಕದ ಮೌಲ್ಯಗಳು

ನೀರು ವಿಚಿತ್ರವಾದ ನಡವಳಿಕೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ; ಅದು $0^{\circ} \mathrm{C}$ ಮತ್ತು $4^{\circ} \mathrm{C}$ ನಡುವೆ ಬಿಸಿ ಮಾಡಿದಾಗ ಸಂಕುಚಿತಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ನೀರಿನ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಪ್ರಮಾಣದ ಪರಿಮಾಣವು ಕೋಣೆಯ ತಾಪಮಾನದಿಂದ ತಂಪಾಗುತ್ತಿದ್ದಂತೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ಅದರ ತಾಪಮಾನ $4{ }^{\circ} \mathrm{C}$ ತಲುಪುವವರೆಗೆ, [ಚಿತ್ರ 10.7(ಎ)]. $4{ }^{\circ} \mathrm{C}$ ಕೆಳಗೆ, ಪರಿಮಾಣವು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ, ಸಾಂದ್ರತೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ [ಚಿತ್ರ 10.7(ಬಿ)].

ಇದರರ್ಥ ನೀರು $4{ }^{\circ} \mathrm{C}$ ನಲ್ಲಿ ಗರಿಷ್ಠ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಈ ಗುಣಲಕ್ಷಣವು ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಸರೀಯ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ: ಸರೋವರಗಳು ಮತ್ತು ಕೊಳಗಳಂತಹ ನೀರಿನ ದೇಹಗಳು ಮೊದಲು ಮೇಲ್ಭಾಗದಲ್ಲಿ ಹೆಪ್ಪುಗಟ್ಟ