वॉल्यूमेट्रिक फैलाव क्या है? (उदाहरण के साथ) - शारीरिक - 2025

मात्रा विस्तार एक भौतिक एक शरीर के तीन आयामों में एक परिवर्तन को शामिल घटना है। अधिकांश पदार्थों का आयतन या आयाम बढ़ जाता है जब वे गर्मी के अधीन होते हैं; यह एक घटना है जिसे थर्मल विस्तार के रूप में जाना जाता है, हालांकि ऐसे पदार्थ भी हैं जो गर्म होने पर अनुबंध करते हैं।

यद्यपि ठोसों के लिए मात्रा परिवर्तन अपेक्षाकृत कम होते हैं, वे बहुत तकनीकी महत्व के होते हैं, विशेष रूप से ऐसी स्थितियों में, जहां ऐसी सामग्रियों में शामिल होना चाहते हैं जो अलग-अलग तरीके से विस्तार करती हैं।

कुछ ठोस का आकार गर्म होने पर विकृत हो जाता है और कुछ दिशाओं में फैल सकता है और दूसरों में सिकुड़ सकता है। हालांकि, जब कुछ निश्चित आयामों में केवल फैलाव होता है, तो ऐसे विस्तार के लिए एक वर्गीकरण होता है:

• रेखीय फैलाव तब होता है जब किसी विशेष आयाम में भिन्नता शरीर की लंबाई, चौड़ाई या ऊँचाई की तरह होती है।
• सतही फैलाव वह होता है जिसमें तीन में से दो आयामों में भिन्नता होती है।
• अंत में, वॉल्यूमेट्रिक फैलाव का तात्पर्य शरीर के तीन आयामों में भिन्नता है।

थर्मल विस्तार से संबंधित बुनियादी अवधारणाएँ

तापीय ऊर्जा

पदार्थ परमाणुओं से बना होता है जो निरंतर गति में होते हैं, या तो हिलते या कंपते हैं। गतिज (या गति) ऊर्जा जिसके साथ परमाणु चलते हैं उसे थर्मल ऊर्जा कहा जाता है, जितनी तेज़ी से वे चलते हैं, उतनी ही अधिक थर्मल ऊर्जा उनके पास होती है।

गरम

ऊष्मा दो या अधिक पदार्थों के बीच या पदार्थ के एक हिस्से से दूसरे हिस्से पर स्थूल पैमाने पर स्थानांतरित होने वाली थर्मल ऊर्जा है। इसका मतलब यह है कि एक गर्म शरीर अपनी तापीय ऊर्जा का हिस्सा छोड़ सकता है और उसके करीब एक शरीर को प्रभावित कर सकता है।

हस्तांतरित ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा पास के शरीर की प्रकृति और उन्हें अलग करने वाले वातावरण पर निर्भर करती है।

तापमान

तापमान की अवधारणा गर्मी के प्रभावों का अध्ययन करने के लिए मौलिक है, एक शरीर का तापमान अन्य शरीर में गर्मी को स्थानांतरित करने की अपनी क्षमता का माप है।

आपसी संपर्क में दो शरीर या एक उपयुक्त माध्यम (हीट कंडक्टर) द्वारा अलग किए गए एक ही तापमान पर होंगे यदि उनके बीच कोई गर्मी प्रवाह नहीं है। इसी तरह, एक बॉडी X, बॉडी Y की तुलना में अधिक तापमान पर होगी यदि X से Y तक गर्मी बहती है।

थर्मल विस्तार के मूल गुण क्या हैं?

यह स्पष्ट रूप से तापमान में बदलाव से संबंधित है, तापमान जितना अधिक होगा, उतना ही अधिक विस्तार होगा। यह सामग्री की आंतरिक संरचना पर भी निर्भर करता है, एक थर्मामीटर में, पारा का विस्तार इसमें शामिल ग्लास के विस्तार की तुलना में बहुत अधिक है।

थर्मल विस्तार का मूल कारण क्या है?

तापमान में वृद्धि का अर्थ है किसी पदार्थ में अलग-अलग परमाणुओं की गतिज ऊर्जा में वृद्धि। एक ठोस में, एक गैस के विपरीत, परमाणु या अणु एक साथ निकटता से होते हैं, लेकिन उनकी गतिज ऊर्जा (छोटे, तेजी से कंपन के रूप में) परमाणुओं या अणुओं को एक दूसरे से अलग करती है।

पड़ोसी परमाणुओं के बीच यह अलगाव अधिक से अधिक हो जाता है और ठोस के आकार में वृद्धि होती है।

सामान्य परिस्थितियों में अधिकांश पदार्थों के लिए, कोई पसंदीदा दिशा नहीं है जिसमें थर्मल विस्तार होता है, और बढ़ते तापमान प्रत्येक आयाम में एक निश्चित अंश द्वारा ठोस के आकार में वृद्धि करेगा।

रैखिक फैलाव

फैलाव का सबसे सरल उदाहरण एक (रैखिक) आयाम में विस्तार है। प्रयोगात्मक रूप से यह पाया जाता है कि किसी पदार्थ की लंबाई aL में परिवर्तन तापमान foundT और प्रारंभिक लंबाई Lo (चित्र 1) में परिवर्तन के समानुपाती होता है। हम निम्नलिखित तरीके से इसका प्रतिनिधित्व कर सकते हैं:

DL = aLoDT

जहां α आनुपातिकता का गुणांक है जिसे रैखिक विस्तार का गुणांक कहा जाता है और प्रत्येक सामग्री की विशेषता है। इस गुणांक के कुछ मूल्यों को तालिका ए में दिखाया गया है।

रैखिक विस्तार का गुणांक उन सामग्रियों के लिए अधिक है जो प्रत्येक डिग्री सेल्सियस के लिए अधिक विस्तार का अनुभव करते हैं जो उनका तापमान बढ़ जाता है।

सतही फैलाव

जब एक विमान को एक ठोस शरीर के भीतर ले जाया जाता है, ताकि यह विमान वह हो जो थर्मल विस्तार (चित्र 2) से गुजरता है, तो क्षेत्र inA में परिवर्तन द्वारा दिया जाता है:

डीए = २ एए ०

जहां,A प्रारंभिक क्षेत्र Ao में परिवर्तन है, isT तापमान में परिवर्तन है, और α रैखिक विस्तार का गुणांक है।

वॉल्यूमेट्रिक फैलाव

पिछले मामलों की तरह, वॉल्यूम beV में परिवर्तन को संबंध (चित्र 3) के साथ अनुमानित किया जा सकता है। यह समीकरण आमतौर पर इस प्रकार लिखा जाता है:

DV = bVoDT

जहां vol वॉल्यूमेट्रिक विस्तार का गुणांक है और लगभग 3Λ∝ β ß ßλ values ​​2 के बराबर है, कुछ सामग्रियों के लिए वॉल्यूमेट्रिक विस्तार गुणांक के मान दिखाए जाते हैं।

सामान्य तौर पर, पदार्थ तापमान में वृद्धि के तहत विस्तार करेंगे, पानी इस नियम का सबसे महत्वपूर्ण अपवाद है। 4.C से अधिक होने पर इसका तापमान बढ़ने पर पानी फैलता है।

हालाँकि, यह तब भी फैलता है जब इसका तापमान 4 ° C से 0 ° C तक की सीमा में कम हो जाता है। यह प्रभाव तब देखा जा सकता है जब पानी को एक रेफ्रिजरेटर में डाल दिया जाता है, पानी फैलता है जब यह जम जाता है और इस विस्तार के कारण इसके कंटेनर से बर्फ को निकालना मुश्किल होता है।

उदाहरण

वॉल्यूमेट्रिक विस्तार में अंतर एक गैस स्टेशन पर दिलचस्प प्रभाव पैदा कर सकता है। एक उदाहरण गैसोलीन टंकी में टपकता है जिसे अभी गर्म दिन भरा गया है।

गैसोलीन डाला जाने पर स्टील टैंक को ठंडा करता है, और गैसोलीन और टैंक दोनों का विस्तार आसपास की हवा के तापमान के साथ होता है। हालांकि, गैसोलीन स्टील की तुलना में बहुत तेजी से फैलता है, जिससे यह टैंक से बाहर निकल जाता है।

गैसोलीन और टैंक के बीच विस्तार में अंतर ईंधन स्तर गेज को पढ़ते समय समस्याएं पैदा कर सकता है। गैसोलीन की मात्रा (द्रव्यमान) एक टैंक में शेष है जब गेज खाली पहुंचता है, सर्दियों में गर्मियों की तुलना में बहुत कम होता है।

दोनों स्टेशनों में गैसोलीन की मात्रा समान होती है जब चेतावनी प्रकाश आता है, लेकिन क्योंकि गर्मी के दौरान गैसोलीन का विस्तार होता है, इसका द्रव्यमान कम होता है।

एक उदाहरण के रूप में, आप 60 एल की क्षमता के साथ एक पूर्ण स्टील गैस टैंक पर विचार कर सकते हैं। यदि टैंक और गैसोलीन का तापमान 15ºC है, तो 35 beC के तापमान तक पहुंचने तक कितना गैसोलीन फैल जाएगा?

तापमान में वृद्धि के कारण टैंक और गैसोलीन की मात्रा में वृद्धि होगी, लेकिन गैसोलीन टैंक की तुलना में अधिक बढ़ेगा। तो स्पिल्ड गैसोलीन आपके वॉल्यूम परिवर्तनों में अंतर होगा। वॉल्यूम परिवर्तन की गणना के लिए वॉल्यूमेट्रिक विस्तार समीकरण का उपयोग किया जा सकता है:

तापमान में वृद्धि के द्वारा फैलाया गया आयतन इस प्रकार है:

इन 3 समीकरणों को एक में मिलाकर, हमारे पास है:

तालिका 2 से वॉल्यूमेट्रिक विस्तार गुणांक के मान प्राप्त होते हैं, मान प्रतिस्थापित करते हैं:

यद्यपि 60 एल टैंक की तुलना में स्पिल्ड गैसोलीन की मात्रा अपेक्षाकृत कम है, लेकिन यह प्रभाव आश्चर्यजनक है, क्योंकि गैसोलीन और स्टील का विस्तार बहुत जल्दी होता है।

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