ఫిజిక్స్

సీహెచ్ మోహన్

ఉష్ణం (Heat)
 ఘన పదార్థాల వ్యాకోచం
 ప్రతి ఘన పదార్థంలో ద్రవ్యరాశి అనే మూడు అక్షాల్లో విభజించి ఉంటుంది. ఈ ఘన పదార్థాలను వేడి చేసినప్పుడు వాటి స్వభావాన్ని బట్టి అణువుల మధ్య దూరంలో మార్పు కలుగుతుంది. కొన్ని ఘన పదార్థాలను వేడిచేసినప్పుడు వాటి అణువుల మధ్య బంధ దూరం పెరగటం వల్ల అలాంటి పదార్థాలు వ్యాకోచిస్తాయి.
 ఉదా: అ, ఇఠ, ఊ్ఛ మొదలైనవి.
 కొన్ని ఘన పదార్థాలను వేడిచేసినప్పుడు వాటి అణువుల మధ్య బంధదూరం తగ్గుతుంది. కాబట్టి  ఇలాంటి ఘన పదార్థాలు సంకోచిస్తాయి.
 ఉదా: ప్లాస్టిక్ పదార్థాలు, రబ్బరు, ఫ్యూజ్‌తీగ, గాజు, తల వెంట్రుకలు, సిల్క్ వస్త్రాలు మొదలైనవి. కొన్ని పదార్థాలను వేడిచేసినా, చల్లార్చినా దాని అణువుల మధ్య బంధ దూరంలో ఎలాంటి మార్పూ ఉండదు. కాబట్టి ఇలాంటి ఘన పదార్థాల్లో సంకోచ, వ్యాకోచాలు  ఉండవు.
 ఉదా: చెక్క దిమ్మ
 ఘన పదార్థాలకు మూడు రకాల వ్యాకోచాలు ఉంటాయి. అవి:
 ధైర్ఘ్య వ్యాకోచం:
 ఘన పదార్థాలను వేడి చేసినప్పుడు ఏదైనా ఒక అక్షం వెంట వ్యాకోచించినట్లయితే దాన్ని ధైర్ఘ్య వ్యాకోచం అని అంటారు.
 విస్తీర్ణ వ్యాకోచం:
 ఒక ఘన పదార్థాన్ని వేడి చేసినప్పుడు ఏవైనా రెండు అక్షాల వెంట వ్యాకోచించినట్లయితే దాన్ని విస్తీర్ణ వ్యాకోచం  అంటారు.
 ఘన పరిమాణ వ్యాకోచం:
 ఒక ఘన పదార్థాన్ని వేడి చేసినప్పుడు అన్ని అక్షాల వెంట వ్యాకోచించినట్లయితే దాన్ని ఘన పరిమాణ వ్యాకోచం అంటారు. పై మూడు రకాల వ్యాకోచాల మధ్య  నిష్పత్తి 1: 2 : 3 గా ఉంటుంది. అంటే ఒక ఘన పదార్థం,  దాని ఘన పరిమాణంలో ఎక్కువగా వ్యాకోచిస్తుంది.
 
 ఘన పదార్థాల వ్యాకోచానికి  ఉదాహరణాలు:
 రెండు వరుస రైలు పట్టాల మధ్యలో తగినంత ఖాళీ వదలడం వల్ల  వాటిని సంకోచ, వ్యాకోచాల బారి నుంచి కాపాడవచ్చు.ఇదే కారణంతో రెండు వరుస విద్యుత్ లేదా టెలిఫోన్ స్తంభాల మధ్య ఉండే  తీగలను కొంత వదులుగా బిగిస్తారు.
     కాంక్రీట్ రోడ్డును నిర్మించేటప్పుడు రాళ్ల మధ్యలో తగినంత ఖాళీ వదలడం వల్ల అవి స్వేచ్ఛగా సంకోచ, వ్యాకోచాలు చెందుతాయి.
     ఇంటి పైకప్పు నిర్మాణంలో కాంక్రీట్‌తోపాటు ఇనుమును ఉపయోగిస్తారు. ఎందుకంటే ఈ రెండు పదార్థాల సంకోచ, వ్యాకోచాలు పరస్పరం సమానంగా ఉంటాయి.
     ఒక అల్యుమినియం పాత్రలో ఇరుక్కున్న ఇనుప పాత్రను వేరు  చేయడానికి గది
 ఉష్ణోగ్రత  కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేయాలి. అప్పుడు ఇనుప పాత్ర కంటే  అల్యుమినియం పాత్ర ఎక్కువగా
 వ్యాకోచించడం వల్ల  సులభంగా వేరు చేయవచ్చు.
     ఒకవేళ ఇనుపపాత్రలో అల్యుమినియం పాత్ర  ఇరుక్కున్నప్పుడు వాటిని చల్లార్చి వేరు చేయాలి. ఈ సందర్భంలో ఇనుము కంటే అల్యుమినియం ఎక్కువగా సంకోచిస్తుంది.
     గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద.. ఒక లోహపలక మధ్య బిందువు వద్ద కొంత వ్యాసంతో ఒక రంద్రం ఉంది. రంధ్రం మధ్య బిందువు వద్ద వేడి  చేసినప్పుడు ఆ లోహపలకతోపాటు రంధ్రం కూడా వ్యాకోచించడం వల్ల దాని వ్యాసం పెరుగుతుంది.
 నోట్: పై సందర్భంలో ప్లాస్టిక్ పలకను తీసుకున్నట్లయితే అది సంకోచించడంవల్ల రంధ్రం వ్యాసం తగ్గుతుంది.
     ఒక వేడి గాజుదిమ్మపై చల్లటి ద్రవాన్ని చల్లినప్పుడు ఆ గాజు దిమ్మల పొరలపై అసమాన వ్యాకోచాల వల్ల అది పగిలిపోతుంది.
     ఒక చల్లటి గాజుదిమ్మపై వేడి ద్రవాన్ని చల్లినప్పుడు ఆ గాజుపొరల మధ్య అసమాన వ్యాకోచాల వల్ల అది పగిలిపోతుంది.
     ఒక ఇనుప చక్రాన్ని కొలిమిలో అమర్చి వేడిచేసినప్పుడు అది వ్యాకోచించి దాని వ్యాసం పెరుగుతుంది. దీన్ని ఎడ్లబండి కొయ్య చక్రంపై అమర్చి  చల్లార్చినప్పుడు సంకోచించి గట్టిగా అదిమి పట్టుకుంటుంది.
     ఇన్వర్‌స్టీల్ అనే పదార్థాన్ని వేడిచేసినా లేదా  చల్లార్చినా దానిలో  సంకోచ, వ్యాకోచాలు పరిగణనలోకి తీసుకోలేనంత తక్కువగా ఉంటాయి. కాబట్టి శృతిదండాలు,   మీటర్ స్కేల్,  గడియారంలోని లోలకాల తయారీలో ఈ పదార్థాన్ని ఉపయోగిస్తారు.
 
 ద్విలోహపలక:
 దీనిని ఇనుము, ఇత్తడి పలకలను ఉపయోగించి తయారుచేస్తారు. అందువల్ల దీన్ని ‘ద్విలోహ పలక’ అని అంటారు. ఇది తనంతట తానుగా ఉష్ణోగ్రతను నియంత్రించుకుంటూ పనిచేస్తుంది. కాబట్టి దీన్ని ఉష్ణ తాపక నియంత్రణ యంత్రం అని కూడా అంటారు. కాబట్టి ఆటోమేటిక్ ఇస్త్రీపెట్టెలు, రిఫ్రిజిరేటర్లలో
 ఉష్ణోగ్రతను క్రమబద్ధీకరించడానికి  ఈ పరికరాన్ని ఉపయోగిస్తారు.
 ద్రవ పదార్థాల వ్యాకోచం
 నీటి అసంగత వ్యాకోచం:
 స్వచ్ఛమైన నీటిని 0ైఇ నుంచి 4ైఇ ల వరకు వేడి చేసినప్పుడు అది వ్యాకోచించడానికి బదులుగా సంకోచిస్తుంది. 4ైఇ ల తర్వాత అన్ని ద్రవ పదార్థాల్లాగే నీరు కూడా వ్యాకోచిస్తుంది. కాబట్టి దీన్ని నీటి అసంగత వ్యాకోచం అని అంటారు.
     నీటి అసంగత వ్యాకోచం వల్ల 4ైఇ ల వద్ద నీటికి కనిష్ఠ ఘనపరిమాణం, గరిష్ఠ సాంద్రతలు ఉంటాయి.
     నీటి అసంగత వ్యాకోచం వల్ల మంచు సాంద్రత నీటిసాంద్రత కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.
     సమాన ఘన పరిమాణాలున్న రెండు పాత్రల్లో 4ైఇ ల వద్ద నిండుగా నీటిని నింపారు. వీటిలో మొదటి పాత్రను 4ైఇ ల నుంచి వేడి చేసేటప్పుడు అది వ్యాకోచించి బయటకు పొర్లిపోతుంది.
     రెండో పాత్రను 4ైఇ ల నుంచి చల్లార్చినప్పుడు అసంగత వ్యాకోచం వల్ల  బయటకు పొర్లిపోతుంది.
     ఒక పాత్రలో 0ైఇ ల వద్ద కొంతమట్టం వరకు నీటిని నింపి వేడిచేసేటప్పుడు
 4ైఇ ల వరకు ఆ నీటి మట్టం తగ్గిపోయి 4ైఇ ల తర్వాత పెరుగుతుంది.
     నీటి అసంగత వ్యాకోచం అనే ధర్మాన్ని సంకోచించే ఘన పదార్థాలతో పోల్చ
 వచ్చు. నీటి అసంగత వ్యాకోచాన్ని కొలవడానికి ‘డైలాటోమీటర్’ అనే పరికరాన్ని ఉపయోగిస్తారు.
     నీటి అసంగత వ్యాకోచాన్ని ప్రయోగశాలలో నిరూపించేందుకు ‘హోప్’ పరికరాన్ని వాడతారు.
 అనువర్తనాలు: శీతల ప్రదేశాల్లో జల చరాలు జీవించడానికి  కారణం నీటి అసంగత వ్యాకోచం.
 వివరణ: చలి ప్రదేశంలో వాతావరణ ఉష్ణోగ్రత 4ైఇ ల నుంచి 0ైఇ లకు తగ్గిపోయి అది మంచుగా మారి నీటిపై తేలుతుంది. ఈ మంచు అదమ ఉష్ణవాహకం కావడం వల్ల వాతావరణంలోని ఉష్ణోగ్రత ఎంత చల్లబడినప్పటికీ ఆ ప్రభావం  మంచు కింద  ఉన్న నీటిపై ఉండదు. కాబట్టి ఈ నీరు ద్రవస్థితిలో ఉండటం వల్ల అందులోని జలచరాలు స్వేచ్ఛగా తిరగగలుగుతాయి. మంచు ఏర్పడిన చెరువు అడుగుభాగంలో  ఉన్న కనీస ఉష్ణోగ్రత 4ైఇ లు, మంచు కింద  ఉన్న కనీస ఉష్ణోగ్రత 0ైఇ లుగా ఉంటుంది.
     చలికాలంలో వాతావరణంలోని ఉష్ణోగ్రత 4ైఇ ల కంటే తక్కువగా తగ్గినప్పుడు వాహన రేడియేటర్లలోని నీరు అసంగత వ్యాకోచం వల్ల వ్యాకోచిస్తుంది. కాబట్టి వాహన రేడియేటర్లు పగిలిపోతాయి. కానీ ఈ ధర్మాన్ని తగ్గించడానికి నీటిలో ఇథైల్ గ్లైకాల్ అనే ద్రావణాన్ని నింపుతారు.
     చలి ప్రదేశాల్లో భూగర్భంలో ఉన్న మంచి నీటి పైపుల్లోని  నీరు అసంగత వ్యాకోచం వల్ల వ్యాకోచిస్తుంది. కాబట్టి ఆ పైపులు పగిలిపోతాయి. అందువల్ల పైపుల ఆవలివైపున నలుపురంగుతో పూత పూస్తారు. ఈ నలుపురంగు  పరిసరాల్లోని ఉష్ణాన్ని  గ్రహించి నీటికి అందిస్తుంది. కాబట్టి నీటి ఉష్ణోగ్రత పెరగడం వల్ల దాని అసంగత వ్యాకోచం అనే ధర్మం తగ్గిపోతుంది.
     నీటి అసంగత వ్యాకోచం అనే ధర్మం ప్రకృతిలో శిలాశైథిల్యం జరగడానికి తోడ్పడుతుంది.
     నల్లరేగడి మట్టి ఎల్లప్పుడూ తేమగా ఉంటుంది. ఒకవేళ ఆ ప్రదేశంలో  వాతావరణంలోని ఉష్ణోగ్రత 4ైఇ ల కంటే తగ్గినప్పుడు నీటి అసంగత వ్యాకోచం వల్ల ఆ నేల ఉపరితలంపై బీటలు ఏర్పడతాయి.
 వాయువుల వ్యాకోచం
 ఘన, ద్రవ పదార్థాలతో పోల్చితే వాయువుల వ్యాకోచం అనేక రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుంది. అదే విధంగా అన్ని వాయువులు కూడా సమానంగా వ్యాకోచిస్తాయి.
 ఉదా: వేసవికాలంలో వాతావరణంలోని ఉష్ణోగ్రత పెరగడం వల్ల వాహన టైర్లలో  గాలి వ్యాకోచించి పగిలిపోతాయి. ఒక వస్తువు కోల్పోయే లేదా గ్రహించే ఉష్ణరాశి  వస్తువు స్వభావం, వస్తువు ఉపరితల వైశాల్యం వంటి  అంశాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఉపరితల వైశాల్యం పెరిగినట్లయితే ఆ వస్తువు గ్రహించే లేదా కోల్పోయే ఉష్ణరాశి ఎక్కువగా ఉంటుంది.
 ఉదా: ఒక కప్పులో నింపిన వేడిద్రవం ఉపరితల వైశాల్యం తక్కువగా ఉండటం వల్ల అది కోల్పోయే ఉష్ణరాశి కూడా తక్కువగా ఉండి, ఎక్కువ కాలంపాటు వేడిగా ఉంటుంది. కానీ ఈ ద్రవాన్ని సాసర్‌లో పోసినప్పుడు ఉపరితల వైశాల్యం ఎక్కువగా ఉండి ఉష్ణాన్ని త్వరగా కోల్పోయి చల్లారుతుంది.