"دبير فيزيك رضاقلي زاده"

اگر در حالی که دما تغییر می‌کند و از T₀ به T می‌رسد N فریز در میدان دید حرکت کند، اختلاف راه نوری به اندازه‌ی N λ تغییر می‌کند، که λ طول موج نور است، و ضخامت قشر هوا به اندازه‌ی N λ/۲ تغییر کرده‌است. چنانچه L₀ طول آن در T₀ و L طول در T باشد، داریم

بنابراین، اگر N λ/۲L₀ برحسب T رسم شود و شیب منحنی حاصل در دماهای مختلف تعیین شود، ضریب انبساط خطی به دست می‌آید. پس داریم

به منظور پرهیز از تاخیری که در جریان ظاهر‌کردن عکس پیش می‌آید، R. K. Kirby و دستیارانش در موسسه‌ی ملی استاندارد‌های آمریکا یک تداخل‌سنج فوتوالکتریک ساختند که در آن حرکت فریزهای تداخلی با یک لامپ تکثیر‌کننده‌ی فوتون آشکارسازی می‌شود و شمار فریزها به طور خودکار بر حسب دمای اندازه‌گیری‌شده‌ی نمونه‌ی مورد نظر بر روی یک ثبات رسم می‌شود. بنابراین، همه‌ی کارهایی که باید با دست انجام می‌گرفتند حذف شده‌اند و داده‌ها بر روی یک صفحه‌ی کاغذ بزرگ، به گونه‌ای که برای تعیین فوری ضریب‌های انبساط مناسب باشد، ارائه می‌شوند.
در روش الکتریکی، انبساط نمونه‌ی مورد بررسی به یکی از صفحه‌های خازن، که صفحه‌ی دیگر آن در همان نزدیکی کار گذاشته ‌شده است، منتقل می‌شود. تغییر ظرفیت توسط پل بسیار حساسی اندازه‌گیری می‌شود؛ یک گروه فیزیکدان استرالیایی به سرپرستی G. K. White نشان داده‌اند که این دستگاه می‌تواند تغییرات طولی از مرتبه‌ی ۱۰ به توان ۱۰ متر را آشکار سازد.
روش شبکه‌ی نوری R. V. Jones، که با موفقیت بسیار توسط Andres در سوییس به کار رفته است، بسیار حساس است.
وابستگی ضریب انبساط حجمی به دما در بسیاری از مواد همانند آنچه در شکل زیر برای NaCl آمده است می‌باشد، یعنی β در صفر مطلق صفر است، در فاصله‌ی صفر تا ۵۰K به سرعت بالا می‌رود، سپس خم شده و بی آنکه واقعا افقی شود یکنواخت می‌شود. بنابراین رفتار β، همان‌گونه که در شکل زیر پیداست، همانند رفتار c_P است. همانندی دیگر β و c_P در حساس نبودن هر دو کمیت در برابر تغییر فشار است.

به نظر نمی‌رسد که در مورد مواد مایع معادله‌ای برای بیان تغیرات β وجود داشته باشد ولی می‌توان با استناد به نمودار‌های تجربی که در مورد دو مایع “آب” و “نئون مایع” داریم به طور تقریبی پی به رفتار β آن برد.
همان‌گونه که در نمودارها دیده می‌شود به نظر می‌رسد که β ی هر دو مایع متناسب با توان دوم افزایش دما افزایش می‌یابد، البته می‌بینیم که آب تا دماهای حدود ۵۰۰ کلوین از این رفتار پیروی نمی‌کند ولی در دماهای بالاتر به آن متمایل می‌شود. در هر روی، چنانچه به دلیل کم بودن تعداد مواد مایع شاید این نتیجه‌گیری نادرست باشد ولی به طور قطع می‌توان گفت افزایش دما مایه‌ی افزایش β ی همه‌ی مایعات می‌شود.

نمودار آب:

نمودار نئون مایع:

متاسفانه نمودار‌ها یا جدول‌هایی که بتوان با استناد به آن‌ها رفتار β ی گازها را بررسی نمود یافت نشد. وگرنه با مقایسه‌ی آن‌ها با نمودار β ی گازهای کامل به نتیجه‌های درخوری دست می‌یافتیم.

در اینجا نموداری از βی برخی فلزات را در اینجا می‌آوریم:

در مورد فلزات نیز همان‌طور که پیش‌بینی می‌شد با افزایش دما β نیز افزایش می‌یابد.

۴-ضریب تراکم

اندازه‌گیری‌های ضریب تراکم به دو شیوه و به دو دلیل متفاوت انجام می‌گیرند. سازه‌هایی که بتوانند مواد جامد را در دمای ثابت زیر فشارهای هیدرواستاتیکی بزرگ قرار دهند و قادر به ایجاد مقدارهای عددی “ضریب تراکم همدما” در فشارهای تا حدود یک میلیون اتمسفر باشند، برای مطالعه‌ی انتقالات فاز، تغییرات ساختار بلوری و دیگر تغییرات درونی مواد جامد و مایع به کار می‌روند. این اندازه‌گیری‌ها موسوم به “اندازه‌گیری‌های ایستا” هستند. اندازه‌گیری‌های سرعت امواج طولی در مواد مایع و امواج عرضی و طولی در مواد جامد، در فشار جو یا در فشارهای متوسط، دارای سرشت دینامیکی هستند و مقدارهای عددی “ضریب تراکم بی‌درروی κ_s را به دست می‌دهند، که برابر است با

می‌توان نشان داد که سرعت یک موج طولی، w ، در یک سیال عبارت است از

که ρ چگالی است. اندازه‌گیری w و ρ برای تعیین κ_s یک سیال کافی است، ولی اندازه‌گیری κ_s یک جامد بلوری دشوارتر است. لازم است که هم سرعت امواج عرضی و هم سرعت امواج طولی را اندازه بگیریم و از این دو اندازه‌گیری دو مقدار ثابت کشسانی مختلف محاسبه کنیم. در مورد NaCl، این کمیت‌ها با c₁₁ و c₁₂ مشخص می‌شوند، و در کتاب‌های مربوط به کشسانی، نشان داده شده است که

پس از اینکه κ_s به دست آمد، می‌توان ضریب تراکم همدما را با به کار بردن دو معادله‌ی ترمودینامیکی زیر به دست آورد:

و

c_v را از معادله‌ی دوم در معادله‌ی اول می‌گذاریم، خواهیم داشت

که به صورت زیر خلاصه می‌شود

تغییرات κ_s و κ نسبت به دما برای NaCl در شکل زیر آمده است. می‌بینیم که κ_s و κ، برخلاف c_P و β ، با نزدیک شدن T به صفر، به سوی صفر میل نمی‌کنند. از صفر تا ۴۰K، ضریب تراکم همدما و بی‌دررو کمابیش برابرند. در دماهای بالاتر، همان‌گونه که معادله‌ی بالا حکم می‌کند، κ از κ_s بزرگ‌تر است.

نتیجه‌ی اندازه‌گیری‌ها در مورد آب در شکل‌های زیر نمایش داده شده است.

و

کمینه‌ی ضریب تراکم همدمای آب در دمای حدود ۵۰ درجه سلسیوس (۳۲۳ کلوین) به طور کامل بی‌هنجار است. به طور معمول، ضریب تراکم همدمای بیشتر مواد مایع با بالا رفتن دما افزایش می‌یابد و به طور کامل از معادله‌ی نمایی ساده‌ی

که در آن κ_۰ و b مقدارهای ثابتی هستند، پیروی می‌کند. ثابت b برای جیوه برابر (۱۰ به توان منفی ۳) × ۱٫۳۷ بر کلوین است.
همه‌ی مواد مایع، از جمله آب، هر چه بیشتر متراکم می‌شوند کم‌تر قابل تراکم می‌شوند؛ معکوس ضریب تراکم همدما به طور خطی با فشار افزایش می‌یابد، به گونه‌ای که

κ_۰ ضریب تراکم در فشار صفر و c برای آب برابر با ۶٫۷ و برای جیوه ۸٫۲ است.

در اینجا نمودار κ و κ_s فلزمس را به عنوان نماینده‌ی فلزات می‌آوریم:

در کل درباره‌ی κی مایعات و جامدات می‌توانیم بگوییم که در دماهای بالاتر همچون β با افزایش دما افزایش κ را شاهد هستیم ولی همان طور که دیده می شود رفتار آن‌ها در نزدیکی صفر مطلق با هم متفاوت است.

در پایان گفتن این نکته که گازهای کامل در مورد κ و β رفتاری کاملا مخالف با جامدات و مایعات دارند جالب توجه است. البته چون بی‌گمان رفتار گازهای رقیق بسیار شبیه گازهای کامل است می‌توان حتی بدون داشتن داده‌های تجربی درباره‌ی آنها حدس زد که κ و β ی آن‌ها رفتاری همچون رفتار κ و β ی گازهای کامل دارند. با این وجود اگر داده های تجربی را داشتیم مقایسه‌ی گازهای کامل و گازهای رقیق خالی از لطف نمی بود.

منبع:http://drkhorshidi.blogfa.com/post-148.aspx