இயற்பியல் மாறிலிகள்

இயற்பியல் மாறிலிகள்#

இயற்பியல் மாறிலிகளின் இயல்பு#

இயற்பியல் மாறிலிகள் என்பவை நிலையான மதிப்புகளைக் கொண்ட அளவுகள் ஆகும், அவை எப்போது அல்லது எங்கு அளவிடப்படுகின்றன என்பதைப் பொருட்படுத்தாமல் மாறாது. அவை இயற்பியல் பிரபஞ்சத்தைப் புரிந்துகொள்வதற்கு அடிப்படையானவை மற்றும் அறிவியல் கணக்கீடுகளில் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த மாறிலிகளில் ஒளியின் வேகம், ஈர்ப்பு மாறிலி, பிளாங்கின் மாறிலி மற்றும் எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் போன்றவை அடங்கும்.

1. ஒளியின் வேகம் (c): வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் தோராயமாக வினாடிக்கு 299,792 கிலோமீட்டர்கள் ஆகும். இந்த மாறிலி சார்பியல் கோட்பாட்டிலும், இயற்பியலில் உள்ள பல கணக்கீடுகளிலும் முக்கியமானது. இது தகவல் அல்லது பொருள் பயணிக்கக்கூடிய அதிகபட்ச வேகத்தைக் குறிக்கிறது.

2. ஈர்ப்பு மாறிலி (G): இந்த மாறிலி பொது ஈர்ப்பு விதியின் முக்கிய பகுதியாகும். இது அலகு நிறை கொண்ட இரண்டு பொருட்களுக்கு இடையேயான ஈர்ப்பு விசையை, அலகு தூரத்தால் பிரிக்கப்பட்ட நிலையில் குறிக்கிறது. இதன் மதிப்பு தோராயமாக $6.674 \times 10^{-11} N(m/kg)^2$ ஆகும்.

3. பிளாங்கின் மாறிலி (h): இந்த மாறிலி குவாண்டம் இயக்கவியலின் மையமாகும். இது ஒரு துகள் கொண்டிருக்கக்கூடிய ஆற்றலின் மிகச்சிறிய சாத்தியமான அளவைக் குறிக்கிறது. இதன் மதிப்பு தோராயமாக $6.626 \times 10^{-34}$ ஜூல்-வினாடிகள் ஆகும்.

4. எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் (e): எலக்ட்ரானின் மின்னூட்டம் தோராயமாக -$1.602 \times 10^{-19}$ கூலூம்கள் ஆகும். இந்த மாறிலி மின்சாரம் மற்றும் காந்தவியல் படிப்பிற்கு அடிப்படையானது.

5. போல்ட்ஸ்மேனின் மாறிலி (k): இந்த மாறிலி ஒரு வாயுவில் உள்ள துகள்களின் சராசரி இயக்க ஆற்றலை அந்த வாயுவின் வெப்பநிலையுடன் தொடர்புபடுத்துகிறது. இது தோராயமாக $1.380649 × 10^{-23}$ ஜூல்கள்/கெல்வின் ஆகும்.

6. அவகாட்ரோ எண் $(N_A)$: இது ஒரு மோல் கொடுக்கப்பட்ட பொருளில் உள்ள அங்கத் துகள்களின் (பொதுவாக அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகள்) எண்ணிக்கையாகும். இதன் மதிப்பு தோராயமாக $6.02214076 × 10^{23} mol^{-1}$ ஆகும்.

7. நுண்ணமைப்பு மாறிலி $(α)$: இது ஒரு பரிமாணமற்ற மாறிலியாகும், இது அடிப்படை மின்னூட்டம் கொண்ட துகள்களுக்கு இடையேயான மின்காந்த தொடர்பின் வலிமையை வகைப்படுத்துகிறது. இது தோராயமாக 1/137 ஆகும்.

இந்த இயற்பியல் மாறிலிகளின் இயல்பு என்னவென்றால், அவை பிரபஞ்சம் முழுவதும் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும் என்று நம்பப்படுகிறது. அவை உள்ளூர் நிலைமைகள் அல்லது காலப்போக்கில் ஏற்படும் மாற்றங்களால் பாதிக்கப்படுவதில்லை. இது இயற்பியலில் அவற்றை மிகவும் மதிப்புமிக்கதாக ஆக்குகிறது, ஏனெனில் அவை அறிவியல் கோட்பாடுகள் மற்றும் கணக்கீடுகளுக்கு ஒரு நிலையான அடித்தளத்தை வழங்குகின்றன.

இருப்பினும், இயற்பியல் மாறிலிகளின் சரியான இயல்பு மற்றும் தோற்றம் விஞ்ஞானிகளிடையே தொடர்ந்து ஆராய்ச்சி மற்றும் விவாதத்தின் தலைப்பாக உள்ளது. சில கோட்பாடுகள் இந்த மாறிலிகள் பிரபஞ்சத்தின் வரலாற்றில் மாறி இருக்கலாம் என்று கூறுகின்றன, மற்றவை அவை மற்ற பிரபஞ்சங்களில் வேறுபட்டிருக்கலாம் என்று முன்மொழிகின்றன. இந்த நிச்சயமற்ற தன்மைகள் இருந்தபோதிலும், இயற்பியல் மாறிலிகள் இயற்பியல் உலகைப் புரிந்துகொள்வதிலும் ஆராய்வதிலும் ஒரு அத்தியாவசிய கருவியாக உள்ளன.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள் – FAQs#

டியூட்டெரான் நிறை amu-இல் எவ்வளவு?

டியூட்டெரான் என்பது டியூட்டீரியம் அல்லது கன ஹைட்ரஜனின் கருவாகும், இது ஒரு புரோட்டான் மற்றும் ஒரு நியூட்ரானைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு டியூட்டெரானின் நிறை தோராயமாக 2.014 அணு நிறை அலகுகள் (amu) ஆகும்.

இதைப் புரிந்துகொள்ள, அணு நிறை அலகு என்றால் என்ன என்பதை அறிந்துகொள்வது முக்கியம். ஒரு அணு நிறை அலகு அல்லது amu என்பது அணு அல்லது மூலக்கூறு அளவில் நிறையை அளவிடும் ஒரு நிலையான நிறை அலகு ஆகும். ஒரு அணு நிறை அலகு என்பது ஆறு புரோட்டான்கள் மற்றும் ஆறு நியூட்ரான்களைக் கொண்ட கார்பன்-12 அணுவின் நிறையின் பன்னிரண்டில் ஒரு பங்காக வரையறுக்கப்படுகிறது.

டியூட்டெரான் நிறை என்பது ஒரு கட்டற்ற நியூட்ரான் மற்றும் ஒரு கட்டற்ற புரோட்டானின் நிறைகளின் கூட்டுத்தொகையை விட சற்று குறைவாக உள்ளது, இது தோராயமாக 2.016 amu ஆகும். பிணைப்பு ஆற்றல் என அறியப்படும் இந்த வேறுபாடு, டியூட்டெரானில் புரோட்டான் மற்றும் நியூட்ரானை ஒன்றாகப் பிணைக்கும் வலுவான அணுக்கரு விசையின் விளைவாகும். நியூட்ரான் மற்றும் புரோட்டான் இணைந்து டியூட்டெரானை உருவாக்கும்போது, ஒரு சிறிய அளவு நிறை ஆற்றலாக மாற்றப்பட்டு வெளியிடப்படுகிறது. இது ஐன்ஸ்டீனின் புகழ்பெற்ற சமன்பாடான $E=mc^2$-இன் நேரடிப் பயன்பாடாகும், இது நிறை மற்றும் ஆற்றல் ஒன்றுக்கொன்று மாற்றக்கூடியவை என்று கூறுகிறது.

டியூட்டெரானின் நிறை அணுக்கரு இயற்பியலில், குறிப்பாக அணுக்கரு வினைகள் மற்றும் அணுக்கரு அமைப்பு ஆய்வுகளில் ஒரு அடிப்படை அளவுருவாகும். இது அணுக்கருக்களின் பண்புகள் மற்றும் நியூக்ளியான்கள் (புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்கள்) இடையேயான விசைகள் பற்றிய கோட்பாடுகளின் வளர்ச்சியில் கணக்கீடுகளிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

கியூரி மாறிலி எந்த எழுத்தால் குறிக்கப்படுகிறது?

கியூரி மாறிலி ‘C’ என்ற எழுத்தால் குறிக்கப்படுகிறது.

கியூரி மாறிலி என்பது காந்தவியல் ஆய்வில் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு பொருள்-குறிப்பிட்ட பண்பு ஆகும். இது காந்தவியல் ஆய்வுக்கு குறிப்பிடத்தக்க பங்களிப்பைச் செய்த பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் பியர் கியூரியின் பெயரால் அழைக்கப்படுகிறது.

கியூரி மாறிலி என்பது கியூரி விதியின் ஒரு பகுதியாகும், இது ஒரு பொருளின் காந்தமாக்கல் பயன்படுத்தப்படும் காந்தப்புலத்திற்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகவும், வெப்பநிலைக்கு நேர்மாறான விகிதாசாரமாகவும் இருக்கும் என்று கூறுகிறது. கணித ரீதியாக, இது $$M = C\frac{B}{T}$$ என வெளிப்படுத்தப்படுகிறது, இங்கு $M$ என்பது காந்தமாக்கல், $B$ என்பது காந்தப்புலம், $T$ என்பது வெப்பநிலை மற்றும் $C$ என்பது கியூரி மாறிலி ஆகும்.

கியூரி மாறிலி பொருளில் உள்ள தனிப்பட்ட அணுக்கள் அல்லது அயனிகளின் காந்தத் திருப்புத்திறன் மற்றும் அலகு கனஅளவிற்கு அத்தகைய காந்த நிறுவனங்களின் எண்ணிக்கையைப் பொறுத்தது. இது பொதுவாக $cm^3 K/mol$ அலகுகளில் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது.

கியூரி மாறிலி என்பது ஒரு பொருளின் காந்த பண்புகளைப் புரிந்துகொள்வதில் ஒரு முக்கியமான அளவுருவாகும், குறிப்பாக பாரா காந்தப் பொருட்களில், இவை வெளிப்புற காந்தப்புலத்தில் காந்தமாக்கப்பட்டு, புலம் அகற்றப்படும் போது அவற்றின் காந்தத்தன்மையை இழக்கும் பொருட்கள் ஆகும்.

கியூரி மாறிலியை காஸியன் அலகுகளில் எவ்வாறு வெளிப்படுத்தலாம்?

கியூரி மாறிலி என்பது ஒரு பொருளின் காந்த உணர்திறனை விவரிக்கும் கியூரி-வெய்ஸ் விதியில் தோன்றும் ஒரு இயற்பியல் மாறிலியாகும். இது காந்தவியல் ஆய்வுக்கு குறிப்பிடத்தக்க பங்களிப்பைச் செய்த பிரெஞ்சு இயற்பியலாளர் பியர் கியூரியின் பெயரால் அழைக்கப்படுகிறது.

சர்வதேச அலகு முறை (SI) இல், கியூரி மாறிலி (C) பின்வருமாறு வழங்கப்படுகிறது:

$$C = \frac{Nμ²}{k_B}$$

இங்கு $N$ என்பது அலகு கனஅளவிற்கு உள்ள காந்தத் திருப்புத்திறன்களின் எண்ணிக்கை, $μ$ என்பது ஒவ்வொரு அணுவின் காந்தத் திருப்புத்திறன் மற்றும் $k_B$ என்பது போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி ஆகும்.

இருப்பினும், காஸியன் அலகுகளில், தொடர்புடைய இயற்பியல் அளவுகளின் வெவ்வேறு வரையறைகள் காரணமாக கியூரி மாறிலி வித்தியாசமாக வெளிப்படுத்தப்படுகிறது. காந்தத் திருப்புத்திறனின் காஸியன் அலகு போர் மேக்னெட்டான் $(μ_B)$ ஆகும், மற்றும் வெப்பநிலையின் அலகு கெல்வின் (K) ஆகும். போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி (kB) காஸியன் அலகுகளில் வித்தியாசமாக வரையறுக்கப்படுகிறது.

காஸியன் அலகுகளில், கியூரி மாறிலி (C) பின்வருமாறு வழங்கப்படுகிறது:

$$C = \frac{Nμ²}{3k_B}$$

இங்கு $N$ என்பது அலகு கனஅளவிற்கு உள்ள காந்தத் திருப்புத்திறன்களின் எண்ணிக்கை, $μ$ என்பது ஒவ்வொரு அணுவின் காந்தத் திருப்புத்திறன் (போர் மேக்னெட்டான்களில்), மற்றும் $k_B$ என்பது போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி (எர்க்/கெல்வினில்) ஆகும்.

வகுப்பில் உள்ள 3 இன் காரணி காந்தத் திருப்புத்திறனுக்கான SI மற்றும் காஸியன் அலகுகளுக்கு இடையேயான மாற்றத்திலிருந்து வருகிறது (1 போர் மேக்னெட்டான் = காந்தத் திருப்புத்திறனின் SI அலகில் 1/3).

கியூரி மாறிலி என்பது ஒரு பொருளின் காந்தப் பதிலின் அளவீடு என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும், மேலும் இது பொருளின் உள்ளார்ந்த பண்புகளைப் பொறுத்தது, அதாவது அலகு கனஅளவிற்கு உள்ள காந்தத் திருப்புத்திறன்களின் எண்ணிக்கை மற்றும் ஒவ்வொரு அணுவின் காந்தத் திருப்புத்திறன். எனவே, பயன்படுத்தப்படும் அலகு முறையைப் பொறுத்து அதன் எண் மதிப்பு மாறலாம் என்றாலும், கியூரி மாறிலியின் இயற்பியல் பொருள் அப்படியே இருக்கும்.

ஸ்டீபன்-போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலியின் மதிப்பு என்ன?

ஸ்டீபன்-போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி, பெரும்பாலும் $σ$ (சிக்மா) என்ற குறியீட்டால் குறிக்கப்படுகிறது, இது வெப்பச் சமநிலையில் உள்ள கரும்பொருளால் வெளிப்படுத்தப்படும் கதிர்வீச்சின் மொத்த தீவிரத்தை விவரிக்கும் ஒரு இயற்பியல் மாறிலியாகும். இது முறையே இந்த மாறிலியைக் கண்டுபிடித்து பெறப்பட்ட இரண்டு இயற்பியலாளர்களான ஜோசப் ஸ்டீபன் மற்றும் லுட்விக் போல்ட்ஸ்மேன் ஆகியோரின் பெயரால் அழைக்கப்படுகிறது.

ஸ்டீபன்-போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலியின் மதிப்பு தோராயமாக $5.67 \times 10^-8$ வாட்கள்/சதுர மீட்டர்/கெல்வின்^நான்கு $(W⋅m^{-2}⋅K^{-4})$ ஆகும். இதன் பொருள், ஒரு கரும்பொருளின் அலகு பரப்பளவிற்கு வெளிப்படும் மொத்த ஆற்றல் கெல்வினில் அளவிடப்படும் கரும்பொருளின் வெப்பநிலையின் நான்காவது அடுக்குக்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும்.

இந்த மாறிலியை உள்ளடக்கிய ஸ்டீபன்-போல்ட்ஸ்மேன் விதி, வெப்பக் கதிர்வீச்சு ஆய்வில் ஒரு முக்கியக் கொள்கையாகும் மற்றும் வானியற்பியல் மற்றும் குவாண்டம் இயக்கவியலில் பல பயன்பாடுகளைக் கொண்டுள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, நமது சூரியன் உட்பட நட்சத்திரங்களால் வெளிப்படுத்தப்படும் கதிர்வீச்சு ஆற்றலை (திறன்) கணக்கிட இது பயன்படுத்தப்படுகிறது.

ஸ்டீபன்-போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி இயற்கையின் பிற அடிப்படை மாறிலிகளிலிருந்து பெறப்படுகிறது, அவற்றில் பிளாங்கின் மாறிலி, ஒளியின் வேகம் மற்றும் போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி ஆகியவை அடங்கும். இந்த வழித்தோன்றல் குவாண்டம் இயக்கவியல் மற்றும் புள்ளிவிவர இயற்பியலை உள்ளடக்கிய ஒரு சிக்கலான செயல்முறையாகும்.

சுருக்கமாக, ஸ்டீபன்-போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி என்பது இயற்பியலில் ஒரு அடிப்படை மாறிலியாகும், இது ஒரு கரும்பொருளின் வெப்பநிலை மற்றும் அது வெளிப்படுத்தும் கதிர்வீச்சின் தீவிரத்திற்கு இடையிலான உறவை விவரிக்கிறது. இதன் மதிப்பு தோராயமாக $5.67 \times 10^-8 W⋅m^{-2}⋅K^{-4}$ ஆகும்.

வாயு மாறிலியின் (R) மதிப்பு என்ன?

வாயு மாறிலி (R) என்பது ஒரு முழுமையான வாயுவின் நிலைச் சமன்பாட்டில் தோன்றும் ஒரு இயற்பியல் மாறிலியாகும். இது மோலார், உலகளாவிய அல்லது முழுமையான வாயு மாறிலி என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது R என்ற குறியீட்டால் குறிக்கப்படுகிறது.

வாயு மாறிலி ‘R’ இன் மதிப்பு அழுத்தம், கனஅளவு, வெப்பநிலை மற்றும் பொருளின் அளவு ஆகியவற்றுக்குப் பயன்படுத்தப்படும் அலகுகளைப் பொறுத்தது. சர்வதேச அலகு முறை (SI) இல், அதன் மதிப்பு தோராயமாக 8.31446261815324 ஜூல்/மோல் கெல்வின் (J/mol·K) ஆகும்.

இந்த மாறிலி முழுமையான வாயு விதியில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது சாதாரண நிலைமைகளில் பெரும்பாலான வாயுக்களுக்கான எளிமைப்படுத்தப்பட்ட மாதிரியாகும். முழுமையான வாயு விதி PV=nRT என வெளிப்படுத்தப்படுகிறது, இங்கு P என்பது அழுத்தம், V என்பது கனஅளவு, n என்பது வாயுவின் மோல்களின் எண்ணிக்கை, T என்பது முழுமையான வெப்பநிலை மற்றும் R என்பது முழுமையான வாயு மாறிலி ஆகும்.

வாயு மாறிலி R என்பது போல்ட்ஸ்மேன் மாறிலி k உடன் $R = kN_A$ என்ற சமன்பாட்டின் மூலம் தொடர்புடையது, இங்கு $N_A$ என்பது அவகாட்ரோ எண் (தோராயமாக $6.02214076 × 10^{23} mol^{-1}$), இது ஒரு மோல் பொருளில் உள்ள துகள்களின் (அணுக்கள் அல்லது மூலக்கூறுகள்) எண்ணிக்கையாகும்.

வாயு மாறிலி என்பது வெப்ப இயக்கவியலில் ஒரு அடிப்படை மாறிலியாகும் மற்றும் வாயுக்களின் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்வதில் குறிப்பிடத்தக்க பங்கு வகிக்கிறது. இது ஒரு வாயுவில் உள்ள அழுத்தம், கனஅளவு, வெப்பநிலை மற்றும் பொருளின் அளவு போன்ற பல்வேறு வெப்ப இயக்கவியல் பண்புகளைக் கணக்கிட உதவுகிறது.