10.1 அறிமுகம்

வெப்பம் மற்றும் வெப்பநிலை பற்றிய பொது அறிவு நமக்கு எல்லோருக்கும் உண்டு. வெப்பநிலை என்பது ஒரு பொருளின் ‘சூடான தன்மையின்’ அளவீடு ஆகும். கொதிக்கும் நீர் உள்ள கெட்டில், பனிக்கட்டி உள்ள பெட்டியை விட அதிக வெப்பம் உடையது. இயற்பியலில், வெப்பம், வெப்பநிலை போன்ற கருத்துகளை மிகவும் கவனமாக வரையறுக்க வேண்டும். இந்த அத்தியாயத்தில், வெப்பம் என்றால் என்ன, அது எவ்வாறு அளவிடப்படுகிறது என்பதை நீங்கள் கற்றுக்கொள்வீர்கள், மேலும் வெப்பம் ஒரு பொருளிலிருந்து மற்றொரு பொருளுக்கு பாயும் பல்வேறு செயல்முறைகளைப் படிப்பீர்கள். இந்தப் பயணத்தில், கொல்லர்கள் ஏன் மரச் சக்கரத்தின் விளிம்பில் இரும்பு வளையத்தை பொருத்துவதற்கு முன் அதை சூடாக்குகிறார்கள், மற்றும் கடற்கரையில் காற்று ஏன் பெரும்பாலும் சூரியன் மறைந்த பிறகு திசையை மாற்றுகிறது என்பதை நீங்கள் கண்டறிவீர்கள். நீர் கொதிக்கும்போது அல்லது உறையும்போது என்ன நடக்கிறது என்பதையும், இந்த செயல்முறைகளின் போது அதிக அளவு வெப்பம் உள்ளே செல்வது அல்லது வெளியேறினாலும் அதன் வெப்பநிலை மாறாது என்பதையும் நீங்கள் கற்றுக்கொள்வீர்கள்.

10.2 வெப்பநிலை மற்றும் வெப்பம்

வெப்பநிலை மற்றும் வெப்பத்தின் வரையறைகளுடன் பொருளின் வெப்பப் பண்புகளைப் படிக்கத் தொடங்கலாம். வெப்பநிலை என்பது ஒரு சார்பு அளவீடு அல்லது சூடான அல்லது குளிர்ச்சியின் அறிகுறியாகும். ஒரு சூடான பாத்திரம் அதிக வெப்பநிலை கொண்டது என்றும், பனிக்கட்டி குறைந்த வெப்பநிலை கொண்டது என்றும் கூறப்படுகிறது. மற்றொரு பொருளை விட அதிக வெப்பநிலை கொண்ட ஒரு பொருள் அதிக சூடானது என்று கூறப்படுகிறது. சூடான மற்றும் குளிர்ச்சியானது உயரமான மற்றும் குட்டையானது போன்ற சார்பு சொற்கள் என்பதை கவனிக்கவும். தொடுவதன் மூலம் வெப்பநிலையை நாம் உணர முடியும். இருப்பினும், இந்த வெப்பநிலை உணர்வு ஓரளவு நம்பகமற்றது மற்றும் அதன் வரம்பு அறிவியல் நோக்கங்களுக்கு பயனுள்ளதாக இருக்க மிகவும் குறைவாக உள்ளது.

ஒரு வெப்ப கோடைகால நாளில் மேசையில் விடப்பட்ட ஒரு கிளாஸ் பனிக்கட்டி நீர் இறுதியில் சூடாகிறது, அதே நேரத்தில் அதே மேசையில் உள்ள ஒரு கப் சூடான தேநீர் குளிர்ச்சியடைகிறது என்பது அனுபவத்திலிருந்து நமக்குத் தெரியும். இதன் பொருள், ஒரு பொருளின் வெப்பநிலை, இந்த விஷயத்தில் பனிக்கட்டி நீர் அல்லது சூடான தேநீர், மற்றும் அதைச் சுற்றியுள்ள ஊடகம் வெவ்வேறாக இருக்கும்போது, அந்த பொருளும் சுற்றுப்புற ஊடகமும் ஒரே வெப்பநிலையில் இருக்கும் வரை, அந்த அமைப்புக்கும் சுற்றுப்புற ஊடகத்திற்கும் இடையே வெப்ப பரிமாற்றம் நடைபெறுகிறது. பனிக்கட்டி நீர் உள்ள கிளாஸ் தம்ளரின் விஷயத்தில், சுற்றுச்சூழலிலிருந்து வெப்பம் பாய்கிறது என்பதும் நமக்குத் தெரியும் கிளாஸ் தம்ளருக்கு, சூடான தேநீரின் விஷயத்தில், அது சூடான தேநீர் கப் இலிருந்து சுற்றுச்சூழலுக்கு பாய்கிறது. எனவே, வெப்பநிலை வேறுபாட்டின் காரணமாக இரண்டு (அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட) அமைப்புகள் அல்லது ஒரு அமைப்பு மற்றும் அதன் சுற்றுப்புறங்களுக்கு இடையே மாற்றப்படும் ஆற்றலின் வடிவமே வெப்பம் என்று நாம் கூறலாம். மாற்றப்பட்ட வெப்ப ஆற்றலின் SI அலகு ஜூல் $(J)$ இல் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் வெப்பநிலையின் SI அலகு கெல்வின் (K) ஆகும், மற்றும் டிகிரி செல்சியஸ் $\left({ }^{\circ} \mathrm{C}\right)$ என்பது வெப்பநிலையின் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் அலகு ஆகும். ஒரு பொருள் சூடாக்கப்படும் போது, பல மாற்றங்கள் ஏற்படலாம். அதன் வெப்பநிலை உயரலாம், அது விரிவடையலாம் அல்லது நிலையை மாற்றலாம். பின்னர் பிரிவுகளில் வெவ்வேறு பொருட்களில் வெப்பத்தின் விளைவை நாம் படிப்போம்.

10.3 வெப்பநிலையின் அளவீடு

வெப்பநிலையின் அளவீடு ஒரு வெப்பமானியைப் பயன்படுத்தி பெறப்படுகிறது. பொருட்களின் பல இயற்பியல் பண்புகள் வெப்பநிலையுடன் போதுமான அளவு மாறுகின்றன. இதுபோன்ற சில பண்புகள் வெப்பமானிகளை கட்டமைப்பதற்கான அடிப்படையாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பண்பு, ஒரு திரவத்தின் கன அளவு வெப்பநிலையுடன் மாறுபடுவது ஆகும். எடுத்துக்காட்டாக, பொதுவான கண்ணாடியில் திரவ வெப்பமானிகளில், பாதரசம், ஆல்கஹால் போன்றவை பயன்படுத்தப்படுகின்றன, அவற்றின் கன அளவு பரந்த வரம்பில் வெப்பநிலையுடன் நேர்கோட்டில் மாறுபடும்.

வெப்பமானிகள் அளவுத்திருத்தம் செய்யப்பட்டுள்ளதால், ஒரு பொருத்தமான அளவில் கொடுக்கப்பட்ட வெப்பநிலைக்கு ஒரு எண் மதிப்பு ஒதுக்கப்படலாம். எந்த தரநிலை அளவுகோலின் வரையறைக்கும், இரண்டு நிலையான குறிப்பு புள்ளிகள் தேவை. அனைத்து பொருட்களும் வெப்பநிலையுடன் பரிமாணங்களை மாற்றுவதால், விரிவாக்கத்திற்கான முழுமையான குறிப்பு கிடைக்காது. இருப்பினும், தேவையான நிலையான புள்ளிகள் எப்போதும் ஒரே வெப்பநிலையில் நிகழும் இயற்பியல் நிகழ்வுகளுடன் தொடர்புபடுத்தப்படலாம். நீரின் பனிப்புள்ளி மற்றும் நீராவிப் புள்ளி இரண்டு வசதியான நிலையான புள்ளிகள் மற்றும் முறையே உறைநிலை மற்றும் கொதிநிலை புள்ளிகள் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இந்த இரண்டு புள்ளிகளும் தூய நீர் நிலையான அழுத்தத்தின் கீழ் உறையும் மற்றும் கொதிக்கும் வெப்பநிலைகள் ஆகும். பரிச்சயமான இரண்டு வெப்பநிலை அளவுகள் ஃபாரன்ஹீட் வெப்பநிலை அளவு மற்றும் செல்சியஸ் வெப்பநிலை அளவு ஆகும். பனி மற்றும் நீராவிப் புள்ளிகள் முறையே $32^{\circ} \mathrm{F}$ மற்றும் $212^{\circ} \mathrm{F}$ மதிப்புகளை ஃபாரன்ஹீட் அளவுகோலிலும், செல்சியஸ் அளவுகோலில் $0 \mathrm{C}$ மற்றும் $100{ }^{\circ} \mathrm{C}$ மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. ஃபாரன்ஹீட் அளவுகோலில், இரண்டு குறிப்பு புள்ளிகளுக்கு இடையே 180 சம இடைவெளிகள் உள்ளன, மற்றும் செல்சியஸ் அளவுகோலில், 100 உள்ளன.

படம் 10.1 ஃபாரன்ஹீட் வெப்பநிலை (tF ) மற்றும் செல்சியஸ் வெப்பநிலை (tc) ஆகியவற்றின் வரைபடம்.

இரண்டு அளவுகளுக்கும் இடையே மாற்றுவதற்கான தொடர்பு, ஃபாரன்ஹீட் வெப்பநிலை $\left(t_{\mathrm{F}}\right)$ மற்றும் செல்சியஸ் வெப்பநிலை $\left(t_{\mathrm{C}}\right)$ ஆகியவற்றின் வரைபடத்திலிருந்து ஒரு நேர்கோட்டில் (படம் 10.1) பெறலாம், அதன் சமன்பாடு

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

10.4 இலட்சிய-வாயு சமன்பாடு மற்றும் முழுமையான வெப்பநிலை

கண்ணாடியில் திரவ வெப்பமானிகள், வெவ்வேறு விரிவாக்க பண்புகள் காரணமாக நிலையான புள்ளிகளைத் தவிர பிற வெப்பநிலைகளுக்கு வெவ்வேறு வாசிப்புகளைக் காட்டுகின்றன. இருப்பினும், ஒரு வாயுவைப் பயன்படுத்தும் வெப்பமானி, எந்த வாயு பயன்படுத்தப்பட்டாலும் ஒரே வாசிப்புகளைத் தருகிறது. குறைந்த அடர்த்தியில் உள்ள அனைத்து வாயுக்களும் ஒரே விரிவாக்க நடத்தையை வெளிப்படுத்துகின்றன என்பது சோதனைகளால் காட்டப்படுகிறது. கொடுக்கப்பட்ட அளவு (நிறை) வாயுவின் நடத்தையை விவரிக்கும் மாறிகள் அழுத்தம், கன அளவு மற்றும் வெப்பநிலை $(P, V$, மற்றும் $T)$ (இங்கு $T=t+273.15$; $t$ என்பது ${ }^{\circ} \mathrm{C}$ இல் உள்ள வெப்பநிலை). வெப்பநிலை மாறாமல் இருக்கும் போது, ஒரு அளவு வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் கன அளவு $P V=$ மாறிலி என தொடர்புடையது. இந்த உறவு பாய்லின் விதி என்று அழைக்கப்படுகிறது, இதைக் கண்டறிந்த ஆங்கில வேதியியலாளர் ராபர்ட் பாயில் (1627-1691) பெயரிடப்பட்டது. அழுத்தம் மாறாமல் இருக்கும் போது, வாயுவின் அளவு வெப்பநிலையுடன் $V / T=$ மாறிலி என தொடர்புடையது. இந்த உறவு சார்லஸின் விதி என்று அழைக்கப்படுகிறது, பிரெஞ்சு விஞ்ஞானி ஜாக்ஸ் சார்லஸ் (1747-1823) பெயரிடப்பட்டது. குறைந்த அடர்த்தி வாயுக்கள் இந்த விதிகளைப் பின்பற்றுகின்றன, அவை ஒரு ஒற்றை உறவாக இணைக்கப்படலாம். கொடுக்கப்பட்ட அளவு வாயுவிற்கு $P V=$ மாறிலி மற்றும் $V / T=$ மாறிலி என்பதால், $P V / T$ என்பதும் ஒரு மாறிலியாக இருக்க வேண்டும் என்பதை கவனிக்கவும். இந்த உறவு இலட்சிய வாயு விதி என்று அழைக்கப்படுகிறது. இது ஒரு கொடுக்கப்பட்ட அளவு ஒற்றை வாயுவிற்கு மட்டுமல்ல, எந்த அளவு குறைந்த அடர்த்தி வாயுவிற்கும் பொருந்தும் ஒரு பொதுவான வடிவத்தில் எழுதப்படலாம் மற்றும் இலட்சிய-வாயு சமன்பாடு என்று அழைக்கப்படுகிறது:

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

இங்கு, $\mu$ என்பது வாயு மாதிரியில் உள்ள மோல்களின் எண்ணிக்கை மற்றும் $R$ உலகளாவிய வாயு மாறிலி என்று அழைக்கப்படுகிறது:

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

சமன்பாடு 10.2 இல், அழுத்தம் மற்றும் கன அளவு வெப்பநிலைக்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும்: $P V \propto T$ என்பதை நாம் கற்றுக்கொண்டோம். இந்த உறவு, நிலையான கன அளவு வாயு வெப்பமானியில் வெப்பநிலையை அளவிட ஒரு வாயுவைப் பயன்படுத்த அனுமதிக்கிறது. ஒரு வாயுவின் கன அளவை மாறாமல் வைத்திருப்பது, $P \propto T$ ஐத் தருகிறது. இவ்வாறு, ஒரு நிலையான-கன அளவு வாயு வெப்பமானியுடன், வெப்பநிலை அழுத்தத்தின் அடிப்படையில் படிக்கப்படுகிறது. இந்த விஷயத்தில் அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையின் வரைபடம் ஒரு நேர்கோட்டைக் காட்டுகிறது, படம் 10.2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம் 10.2 நிலையான கன அளவில் வைக்கப்பட்ட குறைந்த அடர்த்தி வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை.

படம் 10.3 அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலையின் வரைபடம் மற்றும் குறைந்த அடர்த்தி வாயுக்களுக்கான கோடுகளின் விரிவாக்கம் ஒரே முழுமையான பூஜ்ஜிய வெப்பநிலையைக் குறிக்கிறது.

இருப்பினும், உண்மையான வாயுக்களின் அளவீடுகள் குறைந்த வெப்பநிலையில் இலட்சிய வாயு விதியால் கணிக்கப்பட்ட மதிப்புகளிலிருந்து விலகுகின்றன. ஆனால் உறவு ஒரு பெரிய வெப்பநிலை வரம்பில் நேர்கோட்டில் உள்ளது, மேலும் வாயு ஒரு வாயுவாகத் தொடர்ந்தால், வெப்பநிலை குறைவதால் அழுத்தம் பூஜ்ஜியத்தை அடையக்கூடும் என்று தோன்றுகிறது. எனவே, ஒரு இலட்சிய வாயுவிற்கான முழுமையான குறைந்தபட்ச வெப்பநிலை, படம் 10.3 இல் உள்ளதைப் போல, நேர்கோட்டை அச்சுக்கு விரிவுபடுத்துவதன் மூலம் உய்த்துணரப்படுகிறது. இந்த வெப்பநிலை $-273.15^{\circ} \mathrm{C}$ என கண்டறியப்பட்டு முழுமையான பூஜ்ஜியம் என நியமிக்கப்படுகிறது. முழுமையான பூஜ்ஜியம் கெல்வின் வெப்பநிலை அளவு அல்லது முழுமையான அளவு வெப்பநிலையின் அடித்தளமாகும் பிரிட்டிஷ் விஞ்ஞானி லார்ட் கெல்வின் பெயரிடப்பட்டது. இந்த அளவுகோலில், $-273.15^{\circ} \mathrm{C}$ பூஜ்ஜிய புள்ளியாக எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது, அதாவது $0 \mathrm{~K}$ (படம் 10.4).

படம் 10.4 கெல்வின், செல்சியஸ் மற்றும் ஃபாரன்ஹீட் வெப்பநிலை அளவுகளின் ஒப்பீடு.

கெல்வின் மற்றும் செல்சியஸ் வெப்பநிலை அளவுகளில் அலகின் அளவு ஒன்றுதான். எனவே, இந்த அளவுகளில் வெப்பநிலை தொடர்புடையது

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

10.5 வெப்ப விரிவாக்கம்

உலோக இடைகளைக் கொண்ட முத்திரையிடப்பட்ட பாட்டில்கள் சில நேரங்களில் மிகவும் இறுக்கமாக திருகப்பட்டிருக்கும், அதைத் திறக்க சில நேரம் வெந்நீரில் இடையை வைக்க வேண்டும் என்பதை நீங்கள் கவனித்திருக்கலாம். இது உலோக இடையை விரிவடையச் செய்யும், இதனால் அதை எளிதாக திருக தளர்த்தும். திரவங்களின் விஷயத்தில், வெப்பமானி சற்று சூடான நீரில் வைக்கப்படும் போது, வெப்பமானியில் உள்ள பாதரசம் உயரும் என்பதை நீங்கள் கவனித்திருக்கலாம். வெப்பமானியை வெந்நீரிலிருந்து எடுத்தால், பாதரசத்தின் அளவு மீண்டும் குறைகிறது. இதேபோல், வாயுக்களின் விஷயத்தில், ஒரு குளிர்ந்த அறையில் பகுதியாக வீங்கிய ஒரு பலூன் வெந்நீரில் வைக்கப்படும் போது முழு அளவுக்கு விரிவடையலாம். மறுபுறம், குளிர்ந்த நீரில் மூழ்கியிருக்கும் முழுமையாக வீங்கிய பலூன் உள்ளே உள்ள காற்றின் சுருக்கத்தால் சுருங்கத் தொடங்கும்.

பெரும்பாலான பொருட்கள் சூடாக்கப்படும் போது விரிவடைந்து, குளிர்விக்கப்படும் போது சுருங்குகின்றன என்பது நமது பொதுவான அனுபவம். ஒரு பொருளின் வெப்பநிலையில் ஏற்படும் மாற்றம் அதன் பரிமாணங்களில் மாற்றத்தை ஏற்படுத்துகிறது. ஒரு பொருளின் வெப்பநிலை அதிகரிப்பதால் அதன் பரிமாணங்களில் ஏற்படும் அதிகரிப்பு வெப்ப விரிவாக்கம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. நீளத்தில் ஏற்படும் விரிவாக்கம் நேரியல் விரிவாக்கம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. பரப்பளவில் ஏற்படும் விரிவாக்கம் பரப்பளவு விரிவாக்கம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. கன அளவில் ஏற்படும் விரிவாக்கம் கன அளவு விரிவாக்கம் என்று அழைக்கப்படுகிறது (படம் 10.5).

படம் 10.5 வெப்ப விரிவாக்கம்

பொருள் நீண்ட கம்பி வடிவில் இருந்தால், வெப்பநிலையில் சிறிய மாற்றத்திற்கு, $\Delta T$, நீளத்தில் பின்னம் மாற்றம், $\Delta l / l$, என்பது $\Delta T$ க்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும்.

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

இங்கு $\alpha_{1}$ நேரியல் விரிவாக்கத்தின் குணகம் (அல்லது நேரியல் விரிவுத்திறன்) என்று அழைக்கப்படுகிறது மற்றும் கம்பியின் பொருளின் பண்பாகும். அட்டவணை 10.1 இல், சில பொருட்களுக்கான நேரியல் விரிவாக்கத்தின் குணகத்தின் பொதுவான சராசரி மதிப்புகள் $0^{\circ} \mathrm{C}$ முதல் $100 \mathrm{C}$ வெப்பநிலை வரம்பில் கொடுக்கப்பட்டுள்ளன. இந்த அட்டவணையில் இருந்து, கண்ணாடி மற்றும் தாமிரத்திற்கான $\alpha_{1}$ இன் மதிப்பை ஒப்பிடுக. அதே வெப்பநிலை உயர்வுக்கு தாமிரம் கண்ணாடியை விட ஐந்து மடங்கு அதிகமாக விரிவடைகிறது என்பதை நாம் காண்கிறோம். பொதுவாக, உலோகங்கள் அதிகமாக விரிவடைந்து, $\alpha_{1}$ அதிக மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன.

அட்டவணை 10.1 சில பொருட்களுக்கான நேரியல் விரிவாக்கத்தின் குணக மதிப்புகள்

இதேபோல், வெப்பநிலை மாற்றத்திற்கு $\frac{\Delta V}{V}$, ஒரு பொருளின் கன அளவில் பின்னம் மாற்றத்தை நாம் கருதுகிறோம் $\Delta T$ மற்றும் கன அளவு விரிவாக்கத்தின் குணகத்தை (அல்லது கன அளவு விரிவுத்திறன்), $\alpha_{\mathrm{V}}$ என வரையறுக்கிறோம்

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

இங்கு $\alpha_{\mathrm{v}}$ என்பதும் பொருளின் ஒரு பண்பாகும், ஆனால் கண்டிப்பாக மாறிலி அல்ல. இது பொதுவாக வெப்பநிலையைப் பொறுத்தது (படம் 10.6). $\alpha_{\mathrm{v}}$ அதிக வெப்பநிலையில் மட்டுமே மாறிலியாக மாறுகிறது என்பது காணப்படுகிறது.

படம் 10.6 வெப்பநிலையின் செயல்பாடாக தாமிரத்தின் கன அளவு விரிவாக்கத்தின் குணகம்.

அட்டவணை 10.2 சில பொதுவான பொருட்களின் கன அளவு விரிவாக்கத்தின் குணக மதிப்புகளை $0-100^{\circ} \mathrm{C}$ வெப்பநிலை வரம்பில் கொடுக்கிறது. இந்த பொருட்களின் (திடப்பொருட்கள் மற்றும் திரவங்கள்) வெப்ப விரிவாக்கம் மிகவும் சிறியது என்பதை நீங்கள் காணலாம், பொருளுடன், பைரெக்ஸ் கண்ணாடி மற்றும் இன்வார் (ஒரு சிறப்பு இரும்பு-நிக்கல் கலவை) போன்றவை குறிப்பாக குறைந்த மதிப்புகளைக் கொண்டுள்ளன $\alpha_{\mathrm{v}}$. இந்த அட்டவணையில் இருந்து, ஆல்கஹால் (எத்தனால்) க்கான $\alpha_{\mathrm{v}}$ இன் மதிப்பு பாதரசத்தை விட அதிகமாக உள்ளது மற்றும் அதே வெப்பநிலை உயர்வுக்கு பாதரசத்தை விட அதிகமாக விரிவடைகிறது என்பதை நாம் காண்கிறோம்.

அட்டவணை 10.2 சில பொருட்களுக்கான கன அளவு விரிவாக்கத்தின் குணக மதிப்புகள்

நீர் ஒரு அசாதாரண நடத்தையை வெளிப்படுத்துகிறது; இது $0^{\circ} \mathrm{C}$ மற்றும் $4^{\circ} \mathrm{C}$ இடையே சூடாக்கப்படும் போது சுருங்குகிறது. கொடுக்கப்பட்ட அளவு நீரின் கன அளவு அறை வெப்பநிலையிலிருந்து குளிர்விக்கப்படுவதால் குறைகிறது, அதன் வெப்பநிலை $4{ }^{\circ} \mathrm{C}$ ஐ அடையும் வரை, [படம் 10.7(அ)]. $4{ }^{\circ} \mathrm{C}$ க்கு கீழே, கன அளவு அதிகரிக்கிறது, எனவே, அடர்த்தி குறைகிறது [படம் 10.7(ஆ)].

இதன் பொருள் நீர் அதிகபட்ச அடர்த்தியை $4{ }^{\circ} \mathrm{C}$ இல் கொண்டுள்ளது. இந்த பண்பு ஒரு முக்கியமான சுற்றுச்சூழல் விளைவைக் கொண்டுள்ளது: ஏரிகள் மற்றும் குளங்கள் போன்ற நீர் நிலைகள் முதலில் மேலே உறைகின்றன. ஒரு ஏரி $4{ }^{\circ} \mathrm{C}$ நோக்கி குளிர்ச்சியடையும் போது, மேற்பரப்புக்கு அருகிலுள்ள நீர் வளிமண்டலத்திற்கு ஆற்றலை இழக்கிறது, அடர்த்தியாக மாறுகிறது, மற்றும் மூழ்குகிறது; அடிப்பகுதிக்கு அருகிலுள்ள வெப்பமான, குறைந்த அடர்த்தி கொண்ட நீர் மேலே வருகிறது. இருப்பினும், மேலே உள்ள குளிர்ந்த நீர் $4{ }^{\circ} \mathrm{C}$ க்குக் கீழே வெப்பநிலையை அடைந்தவுடன், அது குறைந்த அடர்த்தியாக மாறி, மேற்பரப்பில் இருக்கும், அங்கு அது உறைகிறது. நீருக்கு இந்த பண்பு இல்லையென்றால், ஏரிகள் மற்றும் குளங்கள் கீழிருந்து மேலே உறையும், இது அவற்றின் விலங்கு மற்றும் தாவர வாழ்க்கையின் பெரும்பகுதியை அழிக்கும்.

சாதாரண வெப்பநிலையில், வாயுக்கள் திடப்பொருட்கள் மற்றும் திரவங்களை விட அதிகமாக விரிவடைகின்றன. திரவங்களுக்கு, கன அளவு விரிவாக்கத்தின் குணகம் வெப்பநிலையிலிருந்து ஒப்பீட்டளவில் சார்பற்றது. இருப்பினும், வாயுக்களுக்கு இது வெப்பநிலையைப் பொறுத்தது. ஒரு இலட்சிய வாயுவிற்கு, நிலையான அழுத்தத்தில் கன அளவு விரிவாக்கத்தின் குணகத்தை இலட்சிய வாயு சமன்பாட்டிலிருந்து காணலாம்:

$$ P V=\mu R T $$

நிலையான அழுத்தத்தில்

$P \Delta V=\mu R \Delta T$

$$ \frac{\Delta V}{V}=\frac{\Delta T}{T} $$

$$ \text{i.e., } \alpha_{v}=\frac{1}{T} \text{ for ideal gas } \tag{10.6} $$

$0{ }^{\circ} \mathrm{C}, \alpha_{\mathrm{v}}=3.7 \times 10^{-3} \mathrm{~K}^{-1}$ இல், இது திடப்பொருட்கள் மற்றும் திரவங்களை விட மிகவும் பெரியது. சமன்பாடு (10.6) $\alpha_{\mathrm{v}}$ இன் வெப்பநிலை சார்புத்தன்மையைக் காட்டுகிறது; இது வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது குறைகிறது. அறை வெப்பநிலை மற்றும் நிலையான அழுத்தத்தில் உள்ள ஒரு வாயுவிற்கு, $\alpha_{\mathrm{v}}$ என்பது சுமார் $3300 \times 10^{-6} \mathrm{~K}^{-1}$ ஆகும், இது பொதுவான திரவங்களின் கன அளவு விரிவாக்கத்தின் குணகத்தை விட அளவு(கள்) அளவு பெரியது.

படம் 10.7 நீரின் வெப்ப விரிவாக்கம்

கன அளவு விரிவாக்கத்தின் குணகம் $\left(\alpha_{v}\right)$ மற்றும் நேரியல் விரிவாக்கத்தின் குணகம் $\left(\alpha_{1}\right)$ ஆகியவற்றுக்கு இடையே ஒரு எளிய தொடர்பு உள்ளது. நீளம் கொண்ட ஒரு கனசதுரத்தை கற்பனை செய்து பாருங்கள், $l$, அது அனைத்து திசைகளிலும் சமமாக விரிவடைகிறது, அதன் வெப்பநிலை $\Delta T$ அதிகரிக்கும் போது. நம்மிடம் உள்ளது

$$ \begin{align*} & \Delta l=\alpha_{1} l \Delta T \ & \text { so, } \Delta V=(l+\Delta l)^{3}-\beta \simeq 3 P^{2} \Delta l \tag{10.7} \end{align*} $$

சமன்பாட்டில் (10.7), $(\Delta l)^{2}$ மற்றும் $(\Delta l)^{3}$ இல் உள்ள சொற்கள் புறக்கணிக்கப்பட்டுள்ளன, ஏனெனில் $\Delta l$ என்பது $l$ உடன் ஒப்பிடும்போது சிறியது. எனவே

$$ \begin{equation*} \Delta V=\frac{3 V \Delta l}{l}=3 V \alpha_{l} \Delta T \tag{10.8} \end{equation*} $$

இது தருகிறது

$$ \begin{equation*} \alpha_{\mathrm{v}}=3 \alpha_{1} \tag{10.9} \end{equation*} $$

ஒரு கம்பியின் முனைகளை கடினமாக சரிசெய்வதன் மூலம் வெப்ப விரிவாக்கத்தைத் தடுப்பதன் மூலம் என்ன நடக்கும்? வெளிப்படையாக, கம்பி முனைகளில் உள்ள கடினமான ஆதரவால் வழங்கப்படும் வெளிப்புற சக்திகளால் ஒரு அமுக்க திரிபைப் பெறுகிறது. கம்பியில் அமைக்கப்பட்டுள்ள தொடர்புடைய தகைவு வெப்ப தகைவு என்று அழைக்கப்படுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, $5 \mathrm{~m}$ நீளம் மற்றும் குறுக்குவெட்டு பரப்ப