උෂ්ණත්වය

උෂ්ණත්වය උණුසුම හා සීතල හඟවන පද්ධතියක වූ භෞතික ගුණයකි. උණුසුම් දේවල්වල සාමාන්‍යයෙන් වඩා ඉහළ උෂ්ණත්වයක් පවතී. විශේෂයෙන් උෂ්ණත්වය යනු ද්‍රව්‍යයකට අදාල ගුණාංගයකි. උෂ්ණත්වය යනු තාප ගති විද්‍යාවේ ප්‍රධාන පරාමිතීන්වලින් එකකි. අන්වීක්ෂීය පරිමාණය මත උෂ්ණත්වය අර්ථ දක්වනුයේ සුචලන අංකයට පද්ධතියේ තනි අංශුවක අන්වීක්ෂීය චලිතයේ සුචලනය අංක 1ට මධ්‍යන්‍ය චාලක ශක්තිය ලෙසයි. මහේක්ෂ පරිමාණයේ දී උෂ්ණත්වය යනු අද්විතීය භෞතික ගුණයක් වන අතර එය තාපජ ස්පර්ශක තබා ඇති වස්තු දෙකක් අතර තාපය ගැලීමේ දිශාව නිර්ණය කරයි. තාප ගැලීමක් සිදු නොවේ නම් වස්තු දෙකට සමාන උෂ්ණත්වයන් පවතී. එසේ නොමැති නම් උණුසුම් වස්තුවේ සිට සිසිල් වස්තුව දෙසට තාපය ගලා යයි. මෙම මූලික සංකල්පයන් දෙක පිළිවෙලින් තාපගති විද්‍යාවේ ශුන්‍යාදී නිය‍මයේ සහ තාප ගති විද්‍යාවේ දෙවන නියමයේ සදහන් කෙ‍ෙරයි. ඝන සදහා මෙම අන්වික්ෂීය චලිතයන් යනු ප්‍රධාන වශයෙන් ඝනය තුළ ඒවායේ පරමාණු ඒවායේ මධ්‍ය පිහිටීම වටා සිදුකරන කම්පනයයි. ඒක පරමාණුක උච්ච වායු සදහා අන්වීක්ෂීය චලිතයන් යනු සංඝටක වායු අංශුවල උත්තාරණ චලිතයන් වේ. බහු පරමාණුක වායු සදහා කම්පන හා වෘත්තයක චලිතයන් දෙකම ඇතුළත් විය යුතුය.

විවිධ වූ උෂ්ණත්ව පරිමාණවලින් ක්‍රමාංකිත උෂ්ණත්වමාන මඟින් උෂ්ණත්වය මනිනු ලැබේ. ලෝකයේ බොහෝ රටවල (එක්සත් ජනපදය , ජැමෙයිකාව හා තවත් රටවල් කිහිපයක් හැර) බහුලව උෂ්ණත්ව මැනීම සදහා සෙල්සියස් පරිමාණය භාවිතා කරයි. විද්‍යාත්මක ලෝකයේ දී (එක්සත් ජනපදය ඇතුළත්ව) සෙල්සියස් පරිමාණය භාවිතයෙන් උෂ්ණත්වය මනින අතර තාපගතික උෂ්ණත්වය කෙල්වින් පරිමාණය භාවිතයෙන් මනිනු ලබයි. මෙහිදී සෙල්සියස් උෂ්ණත්වය කෙල්වින් උෂ්ණත්වය මගින් ගත් කළ oK = -273.150C හෝ නිරපේක්ෂ ශූන්‍ය වේ. එක්සත් ජනපදයේ උසස් තාක්ෂණික ඉංජිනේරු ක්ෂේත්‍රවල ද සෙල්සියස් හා කෙල්වින් පරිමාණ යොදා ගැනේ. කෙසේ නමුත් එක්සත් ජනපදය යනු තවමත් බහුතරයක් ගෘහස්ත ජනතාව , කර්මාන්ත හා කාළගුණික කටයුතු හා රජය විසින් ෆැරන්හයිට් අංශක උෂ්ණත්ව පරිමාණය භාවිතා කරන අවසාන ප්‍රධානතම රටයි. එක්සත් ජනපදයේ වෙනත් ඉංජිනේරු ක්ෂේත්‍රවලදී යෙදෙන , දහනය වැනි තාපගති විද්‍යාවට සම්බන්ධ කාර්යයන්වලදී රැන්කින් පරිමාණය (වෙනස් කළ ෆැරන්හයිට් පරිමාණය) භාවිතා කරයි.

උෂ්ණත්වයේ ශූන්‍යාදී නියමය අර්ථ දැක්වීම
බහුතරයකට උෂ්ණත්වය නම් සංකල්පය පිළිබඳ මූලික වැටහීමක් තිබෙන නමුත් එහි විධිමත්  අර්ථ කථනය තරමක් සංකීර්ණ වේ. විධිමත් අර්ථකතනය දෙසට හැරීමට ප්‍රථම අප තාප සමතුලිතය පිළිබඳ සංකල්පය සලකා බලමු. පරිමාවන් දරන පද්ධතීන් යුගලක් එකිනෙක හා තාපජව ස්පර්ශ කළ විට පද්ධති යුගලෙහිම ගුණාංගවල වෙනස්කම් සිදුවීමට බොහෝ විට ඉඩ කඩ තිබේ. මෙම වෙනස්කම් පද්ධති අතර තාපය සංක්‍රමණය වීම නිසා ඇතිවේ. තවත් තාප සමතුලිතතාවයට පත්වීම සඳහා තවදුරටත් වෙනස්වීම් සිදු නොවන තත්වයකට පත්විය යුතුය.

උෂ්ණත්වය අර්ථ දැක්වීම සඳහා තාපගති විද්‍යාවේ ශූන්‍යාදී නියමය පදනම් කරගත හැක. ඉන් සඳහන් වන්නේ A හා B නැමැති පද්ධති දෙකක් එකිනෙක සමඟ තාපජ සමතුලිතයේ පවතී නම් ද තවත් සහ තෙවන C නම් පද්ධතියත්  සමග ද A  පද්ධතිය තාප සමතුලිතයේ පවතී නම්  ද එවිට B හා C  පද්ධති දෙක ද එකිනෙක තාප සමතුලිතයේ පවතී. (තාප සමතුලිතය යනු සංක්‍රාම්‍ය සම්බන්ධයක් වේ. තවදුරටත් එය සමතුලිත සම්බන්ධයකි) මෙය සිද්ධාන්තයන්ට වඩා නිරීක්ෂණ මත පදනම් වූ ප්‍රත්‍යක්ෂ මූල සිද්ධාන්තයකි. A , B හා C  අන්‍යෝන්‍යව තාප සමතුලිතයේ වන බැවින් එය මෙම සෑම පද්ධතියකම යම් පොදු ගුණාංගයක් පවතී යැයි සැලකීමට හේතු පවතී. මෙම ගුණාංගයට උෂ්ණත්වය යැයි කියනු ලැබේ.

සාමාන්‍යයෙන් අභිමත පද්ධතීන් යුගලක් තාපජ සමතුලතතාවයේ පවති ද සහ ඒ අනුව ඒවා එකම උෂ්ණත්වයක් දරයි ද යන්න පරීක්ෂා කිරීමට එවන් පද්ධති යුගලක් අතර තාපජ සම්බන්ධයක් ඇති කිරීම ප්‍රායෝගික නොවේ. තවද එසේ වී නම් අපට තනා ගත හැක්කේ උෂ්ණත්වය සඳහා ක්‍රමාසූචක පරිමාණයක් පමණි.

එමනිසා යම් සමුද්දේශ පද්ධතියක වූ ගුණාංගයක් මත උෂ්ණත්ව පරිමාණයක් ගොඩනැගීම වැදගත් වේ. එවිට එම සමුද්දේශ පද්ධතියේ වූ ‍ගුණාංගයන් පදනම් කරගෙන මිනුම් උපකරණයක් ක්‍රමාංකනය කළ හැකි අතර එය වෙනත් පද්ධතිවල උෂ්ණත්වය මැනීම සඳහා භාවිතා කළ හැක. එවැනි සමුද්දේශ   පද්ධතියක්  ලෙස නියත පරිමාවක් ගත හැක. සර්වත්‍ර වායු නියමය මගින් වායුවක පීඩනයේ හා පරිමාවේ ගුණිතය සෘජුව උෂ්ණත්වයට සමානුපාතික වන බව කියැවේ.

 (1)

මෙහි T  යනු උෂ්ණත්වය ද n යනු වායු මවුල සංඛ්‍යාව ද R  යනු වායු නියතය ද වේ.  ඒ අනුව වායුවේ අනුරූප  පීඩනය හා පරිමාව මත පදනම් වූ උෂ්ණත්ව පරිමාණයක් පහත ලෙස අර්ථ දැක්විය හැක. කෙල්වින්වලින් උෂ්ණත්වය 1m3  භාජනයක අඩංගු වායු මවුලයක පීඩනය 8.31 න් බෙදූ විට ලැබෙන අගයට සම වේ. ප්‍රායෝගික භාවිතයේ දී මෙවැනි වායු උෂ්ණත්ව මානයක් එතරම් සුදුසු නොවේ. නමුත් වෙනත් මිණුම් උපකරණ ක්‍රමාංකනය කිරීම සඳහා මෙවන් පරිමාණයක් යොදා ගත හැක.

පීඩනය, පරිමාව හා ද්‍රව්‍ය මවුල සංඛ්‍යාව යන සියල්ල නෛසර්ගිකවම ශුන්‍යයට සමාන හෝ ඊට වඩා වැඩි බව මතකයේ තබා ගැනීම වැදගත් වේ. මින් හැගවෙන්නේ උෂ්ණත්වය ද ශූන්‍යයට සමාන හෝ විශාල විය යුතු බවයි. වායුවක උෂ්ණත්වය  ශූන්‍ය වීමට පෙර එය දියර බවට ඝනීභවනය වීමට පෙළඹෙන බැවින් ප්‍රායෝගික අවස්ථාවක දී නිරපේක්ෂ ශූන්‍යය මැනීම සඳහා වායු තාපමානය ප්‍රයෝජනයට ගැනීමේ හැකියාව නොමැත. නමුත් පවතින උෂ්ණත්වයට කෙතරම් අංශක සංඛ්‍යාවක් පහළින් නිරපේක්ෂ ශූන්‍යය ඇත්දැයි (1) වන සමීකරණය ක්‍රියාත්මක වන උෂ්ණත්ව පරාසයේ සිට තක්සේරු  කර ගැනීමට හැකි වේ.

උෂ්ණත්ව පරිමාණ සැසඳීම

උෂ්ණත්ව පරිමාණ භාවිතයේ නොමැති ඇති අතර ඓතිහාසිකව පමණක් වැදගත් වේ.
සාමාන්‍ය මිනිස් ශරීර උෂ්ණත්වය 36.80C  +   0.70C  හෝ 98.20F +  1’30F  වේ. පොදු වශයෙන් දෙනු ලබන අගය මත 98.60F  යනු 19වන ශතවර්ෂයේ ජර්මානු සම්මතයට වූ 370C සඳහා වූ සරල පරිවර්තනයකි. ඒ සමඟම පිළිගත හැකි පරාසයක් සඳහන් කර නොමැති  බැවින් එය අනවශ්‍ය නිරවද්‍යතාවකින් යුතුව ප්‍රකාශ කර ඇතැයි කිව හැකිය. මෙහි විවිධාකාර මිනුම්වල ලැයිස්තුවක් ඇත.

වායුවල උෂ්ණත්වය
පරිපූර්ණ වායුවක් සඳහා වූ ගති විද්‍යා ප්‍රමේයන් වායු පද්ධතියේ පරමාණුවල මධ්‍ය‍ක චාලක ශක්තිය උෂ්ණත්වය අදාල කිරීමට සංඛ්‍යාන යාන්ත්‍ර විද්‍යාව භාවිතා කරයි. මෙම මධ්‍යක ශක්තිය අංශුවේ ස්කන්ධය මත රඳා නොපවතින අතර මෙය බොහෝ පුද්ගලයන්ට පහසුවෙන් තේරුම්ගත නොහැකි සේ පෙනේ. උෂ්ණත්වය වායුවක අංශුවල මාධ්‍යයක චාලක ශක්තියට පමණක් සම්බන්ධ වේ. සෑම අංශුවකටම මධ්‍යයකට අනුරූපවන හෝ නොවන ඊට ම අදාල වූ ශක්තියක් පවතී. ඕනෑම වායුවක අංශුවල ශක්තියේ ව්‍යාප්තිය (සහ වේගයේ) මැක්ස්වෙල් බෝල්ට්ස්මාන් ව්‍යාප්තිය මගින් ලබාදේ. පරිපූර්ණ වායුවක උෂ්ණත්වය එහි මධ්‍යයක චාලක ශක්තියට සම්බන්ධවන ආකාරය පහත සමීකරණය මගින් පෙන්වයි. 

මෙහි k = nR (n = මවුල ගණන R සර්වත්‍ර වායු නියතය)

ඒක පරමාණුවක වායුවක දී  චාලක ශක්තිය වන්නේ 

(අණු වැනි වඩා සංකිර්ණ ව්‍යුහවල චාලක ශක්තිය ගණනය කිරීම මදක් වැඩිපුරව ඇති බව සිහි තබා ගන්න. අතිරේක සුචලන අංකයක් (ස්වතන්ත්‍ර ප්‍රමාණය)  ඇති බැවින් අණුක භ්‍රමණය හෝ කම්පන ඇතුළත් විය යුතුය.)

තාපගතික විද්‍යාවේ දෙවන නියමයෙන් කියා සිටින්නේ එකිනෙක අන්තර්ක්‍රියා සිදුකරමින් පවතින විට එම පද්ධති දෙකම එකම අංශුවක මධ්‍යනය ශක්තියකට ලඟාවේ. (එනම් එකම උෂ්නත්වයකට) විවිධ ස්කන්ධ සහිත අංශු මිශ්‍රණයක කුඩා අංශු වලට වඩා අඩු වේගයකින් බරම අංශු චලනය වන නමුත් එයට ද කුඩා අංශුවලට සමාන මධ්‍යයක ශක්තියක් ඇත. නියෝන් පරමාණුවක් ඒ හා සමානම චාලක ශක්තියකින් යුතු හයිඩ්‍රජන් අණුවකට සාපේක්ෂව සෙමින් චලනය වේ. වේගයෙන් චලිත වන ජල අණු අතර රේණු අංශු සෙමින් බ්‍රවුනීය චලිතයේ යෙදේ. ඔක්ලහොමා , (Oklahoma) රාජ්‍ය විශ්ව විද්‍යාලය මගින් සිදු කර ඇති මෙහි දෘශ්‍යමය නිරූපණය මෙය වඩාත් පැහැදිලි කරයි. වෙනස් ස්ක්නධවලින් යුතු අංශුවලට වෙනස් ප්‍රවේග ව්‍යාප්ති ඇත. නමුත් පරිපූර්ණ වායු නියමය නිසා මධ්‍යන්‍ය එකම අගයක් ගනී.

උෂ්ණත්වය
තාපගති විද්‍යාව