18-Маъруза. Мавзу: “Товуш тўлқинлари. Материалларнинг харорат ва иссиқлик хусусиятлари”

МАТЕРИАЛЛАРНИНГ ҲАРОРАТ ВА ИССИҚЛИК ХУСУСИЯТЛАРИ

• Бир нечта ҳарорат шкалалари мавжуд. Дастлабки нолинчи ҳарорат 1664 йилда Роберт Гук томонидан дистилланган сувнинг музлаш нуқтасида ўрнатилган. 1694 йилда Падуялик Карл Ренальди чизиқли ҳарорат шкаласида репер (таянч) нуқталар сифатида иккита нуқта – музнинг эриш нуқтаси ва сувнинг қайнаш нуқтасидан фойдаланишни таклиф қилган. У бутун ҳарорат интервалини 12 та тенг бўлакка бўлган. Таассуфки, унинг таклифи қарийб 50 йилгача ҳеч кимни қизиқтирмаган. 1701 йилда Ньютон ҳам ҳарорат шкаласи учун иккита белгиланган нуқтадан фойдаланишни таклиф қилган. Биринчи нуқта сифатида у музнинг эриш нуқтасини танлаган (нолинчи нуқта), иккинчи нуқта учун – соғлом англияликнинг қўлтиғи остидаги ҳароратни танлаган, у буни 12-нуқта деб атаган. Ньютон шкаласи бўйича сув 34-нуқтада қайнаган. Даниялик амалиётчи ихтирочи Даниэль Фаренгейт 1706 йилда ўзининг термометри учун нолинчи нуқта сифатида сув, муз ва ош тузи аралашмасининг совуқ ҳароратини танлаган. Иккинчи нуқта сифатида у “соғлом одам қонининг ҳарорати” деб таърифланадиган 96 градус ҳароратни танлаган (аслида Фаренгейт учун 96 сони шунчаки қулай бўлган, чунки у 2 га қолдиқсиз бўлинган, бу бўлакларни осон белгилаш имконини берган. Бироқ Фаренгейт қоннинг ҳарорати одамнинг миллати ва бошқа кўплаб омилларга боғлиқ бўлишини ҳисобга олмаган. Ҳозирги кунда соғлом одамнинг ҳарорати 97 ... 1000 Ғ (36 ... 37,7) оралиқда бўлиши исботланган, бироқ даниялик ихтирочи яшаган пайтда одам танасидан яхшироқ термостат ҳали мавжуд бўлмаган). Унинг шкаласида музнинг эриш нуқтаси 320 га, сувнинг қайнаш нуқтаси эса 2120 га тўғри келади. 1742 йилда астрономия профессори Андреас Цельсий ноль – музнинг эриш нуқтаси, 100 – сувнинг қайнаш ҳарорати бўлган шкалани таклиф қилган.

•  

• Ҳозирги кунда илмий ва техник ишланмаларда одатда иккита – Цельсий ва Кельвин шкаласидан фойдаланилади. Кельвин шкаласи бунда сув бир пайтниг ўзида учта ҳолатда – буғ, суюқлик ва муз ҳолатида бўладиган, 4,58 мм симоб устуни босимга мос келадиган сувнинг учталик нуқтасига асосланади. Сувнинг учталик нуқтасининг ҳарорати 273,16 К ёки 0 га тенг деб қабул қилинган. Кельвин шкаласи чизиқли бўлиб ҳисобланади, унда нолинчи нуқта (0 К) барча ҳаракатланаётган заррачаларнинг кинетик энергияси нолга тенг бўладиган ҳароратга мос келади. Амалиётда бу нуқтани олиб бўлмайди, у абсолют ноль деб аталадиган соф назарий катталик бўлиб ҳисобланади. Кельвин ва Цельсий шкалалари ўртасида 0,010 фарқ мавжуд, бу ноль градус Цельсий сувнинг учталик нуқтаси билан эмас, балки муз ва намликка тўйинган ҳаво атмосфера босимида динамик мувозанатда бўладиган ҳарорат билан белгиланиши билан изоҳланади. Бу иккита шкала бир хил эгилишга эга (яъни 1 = 1 К, 0 К = -273,15):
• 0С = 0K – 273,150

•  

• Ҳарорат ортиши билан барча қаттиқ объектларнинг ҳажми ортади, бу атомлар ва молекулларнинг тебранма ҳаракати натижасида содир бўлади. Ҳарорат ошганда атомлар ўртасидаги ўртача масофа ортади, бу бутун қаттиқ жисмнинг кенгайишига олиб келади. Ҳар қандай чизиқли ўлчамнинг ўзгариши (узунлик, кенглик ёки баландлик) чизиқли кенгайиш деб аталади. Т2 ҳароратда объектнинг l2 узунлиги Т1 ҳароратга мос келадиган l1 бошланғич узунликка қуйидаги муносабат орқали боғланади:
• (18.13)
• Бунда а чизиқли кенгайиш коэффициенти деб аталади. Турли материаллар учун унинг қиймати бир хил эмас.

•  

• Бу коэффициентни қуйидагича аниқлаш мумкин:
• a = (18.14)
• бунда ∆Т = . Қатъий қилиб айтадиган бўлсак, а коэффициент амалдаги ҳақиқий ҳароратга боғлиқ бўлади. Бироқ амалиётда аксарият ҳолларда а нинг кичик ўзгаришларини ҳисобга олмаслик мумкин. Изотроп материаллар деб аталувчи материаллар учун кенгайиш коэффициентлари ҳар қандай йўналишда тенг бўлади.

•  

. А – икки қатламли структуранинг эгилиши, бунда ҳар бир қатлам ўзининг кенгайиш коэффициентига эга, Б – ҳарорат датчиги сифатида фойдаланиладиган биометалл спираль.