ఉష్ణోగ్రత

వికీపీడియా నుండి

The temperature of an ideal monatomic gas is a measure related to the average kinetic energy of its atoms as they move. In this animation, the size of helium atoms relative to their spacing is shown to scale under 1950 atmospheres of pressure. These room-temperature atoms have a certain, average speed (slowed down here two trillion fold).

ఉష్ణోగ్రత అన్నది temperature అన్న ఇంగ్లీషు మాటకి సమానార్ధకం. ఏదైనా ఎంత వేడిగా ఉందో లేక ఎంత చల్లగా ఉందో చెబుతుంది ఉష్ణోగ్రత. ఇది పదార్ధాల భౌతిక లక్షణం. స్థూలంగా చూస్తే - ఎత్తు నుండి నీరు పల్లానికి ప్రవహించినట్లే - రెండు ప్రదేశాలు కాని వస్తువులు కాని ఒకదానితో ఒకటి తగులుతూ ఉన్నప్పుడు, ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉన్న ప్రదేశాలనుండి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉన్న ప్రదేశాలకి వేడి (heat) ప్రవహిస్తుంది. ప్రవాహం ఆగిపోయిందంటే రెండు వస్తువులు ఒకే ఉష్ణోగ్రత దగ్గర ఉన్నాయన్న మాట. టూకీగా చెప్పాలంటే - ఒక ఘన పదార్ధం వేడిగా ఉందంటే అందులోని ఆణువులు జోరుగా కంపిస్తున్నాయని అర్ధం. ఒక వాయువు (gas) వేడిగా ఉందంటే ఆ వాయువులో ఉండే రేణువులు (particles) ఎంతో జోరుగా ప్రయాణం చేస్తూ ఢీకొంటున్నాయని అర్ధం. కొన్ని సందర్భాలలో ప్రయాణం తో (translation) తో పాటు కంపనం (vibration), భ్రమణం (rotation) కూడ లెక్కలోకి తీసుకోవాలి.

[మార్చు] 'ఎమర్జెంట్‌' లక్షణం

ఉష్ణోగ్రత అనేది 'ఎమర్జెంట్‌' లక్షణం (emergent property) - అంటే ఒకే ఒక బణువు (molecule) ని తీసుకుని దాని ఉష్ణోగ్రత ఫలానా అన్నది అర్ధం లేని భావం (meaningless concept). ఎన్నో బణువులు గుంపుగా ఉన్నప్పుడే అవి ఒకదానితో మరొకటి ఢీకొట్టుకుంటాయి. అప్పుడే వేడి పుడుతుంది. ఎంత వేడి పుట్టింది అన్నది చెప్పవలసి వచ్చినప్పుడు ఉష్ణోగ్రత ఉపయోగిస్తుంది. 'ఎమర్జెంట్‌ లక్షణం' అని అనిపించుకోవటానికి మరొక నిబంధన ఉంది. ఒక గుంపు బణువులని ఒక ప్రదేశంలో కూడ దీస్తే చాలు, ఈ లక్షణం పుట్టుకొస్తుంది; ఢీక్కోమని ఎవ్వరూ చెప్పక్కర లేదు. విడివిడిగా ఉన్నప్పుడు ఏ బణువూ ప్రదర్శించలేని లక్షణం గుంపులో చేరే సరికి అకస్మాత్తుగా బహిర్గతం అయిందన్న మాట. తెలివి (intelligence) కూడ ఒక 'ఎమర్జెంట్‌ లక్షణం' అంటారు. ఒకే ఒక నూరాను (neuron) ఆలోచించలేదు, తెలివిని ప్రదర్శించ లేదు. కాని మెదడులలో వందల నుండి కోటానుకోట్ల వర్కు ఈ కణాలు (cells) ఉంటాయి. అందుకే ఎవ్వరూ 'నేర్ప' కుండానే మెదడు తెలివి ప్రదర్శించగలదు. ఈ భావానికి మరొక చిన్న ఉదాహరణ. ఒక తరగతిలో ఒకే ఒక బాలుడు ఉంటే వాడు 'గోల' పెట్టలేడు; అరుస్థాడు, కాని గోల పెట్టలేడు. పది మంది పిల్లలు ఉన్నప్పుడే 'గోల' అనే భావం అర్ధవంతం అవుతుంది. కనుక 'గోల' అనేది 'ఎమర్జెంట్‌' లక్షణం.

[మార్చు] ఉష్ణోగ్రత కొలమానాలు

ఉష్ణోగ్రత ని కొలవటానికి ఉష్ణమాపకం (thermometer) వాడతారు. చారిత్రాత్మకంగా రకరకాల కొలబద్దలు (scales) వాడబడ్డా, ప్రస్తుతం - ఒక్క అమెరికా సంయుక్త రాష్ట్రాలలో తప్ప - ప్రపంచ వ్యాప్తంగా వాడే కొలమానం పేరు సెల్సియస్ (degrees Celcius) కొలమానం. వైజ్ఞానిక రంగంలో, ప్రపంచం అంతటా (అమెరికా సంయుక్త రాష్ట్రాలతో పాటు) వాడే కొలమానం పేరు కెల్విన్‌ (kelvin) కొలమానం. సెల్సియస్ కొలమానంలో నీళ్ళు 0 °C (డిగ్రీలు సెల్సియస్‌) దగ్గర 'గడ్డకడతాయి'. కెల్విన్ కొలమానంలో నీళ్ళు 0.01 °C (డిగ్రీలు సెల్సియస్‌) దగ్గర 'గడ్డకడతాయి'. ఇక్కడ 'గడ్డకడతాయి' అంటే నీరు త్రిపుట బిందువు (triple point) దగ్గర ఉంటుంది అని అన్వయం చెప్పుకోవాలి. నిర్వచనం ప్రకారం ఈ త్రిపుట బిందువు దగ్గర ఉష్ణోగ్రత కెల్విన్‌ కొలమానం ప్రకారం 273.16 K చూపిస్తూ, అదే సమయంలో సెల్సియస్‌ కొలమానం ప్రకారం 0.01 °C చూపించాలి. ఇంత ప్రయాస పడి ఈ నిర్వచనం ఇలా కుదర్చటం వల్ల మూడు లాభాలు ఉన్నాయి.

(1) పరమ కనిష్ఠ ఉష్ణోగ్రత స్థానం (absolute zero point) నుండి త్రిపుట బిందువు స్థానం వరకు ఉన్న మేరని సరిగ్గా (ఉరమరికలు లేకుండా) 273.16 భాగాలు చెయ్యవచ్చు.
(2) కెల్విన్‌ కొలమానంలో ఒక డిగ్రీ వ్యత్యాసం ఎంత మేర ఆక్రమిస్తుందో సెల్సియస్‌ కొలమానం లోనూ సరిగ్గా అంతే మేర ఆక్రమిస్తుంది. మరొక విధంగా చెప్పాలంటే ఒక పదార్ధం ఉష్ణోగ్రత ఒక డిగ్రీ కెల్విన్ పెరినప్పుడు సెల్సియస్‌ కొలమానంలో కూడా ఒక డిగ్రీ పెరిగినట్లే నమోదు అవుతుంది.
(3) రెండు మానాలలోనూ ఉన్న 'సున్న' డిగ్రీలు సరిగ్గా 273.15 కెల్విన్‌లు దూరంలో ఉంటాయి. (0 K = −273.15 °C మరియు 273.16 K = 0.01 °C).

ఈ మూడు లక్షణాల వల్ల ఒక కొలమానం నుండి మరొక కొలమానం లోకి మార్చం నిర్ద్వందంగా జరుగుతుంది, తేలిక అవుతుంది.

రాసేటప్పుడు పాటించవలసిన నియమం: కెల్విన్‌ కొలమానంలో ఉదాహరణకి, పరమ కనిష్ట ఉష్ణోగ్రత స్థానం 0 K అని రాస్తారు తప్ప 0°K అని రాయకూడదు. అనగా కెల్విన్ కొలమానం వాడేటప్పుడు డిగ్రీలని సూచించే చిన్న సున్న ని రాయనక్కర లేదు. ఇది అంతర్జాతీయ ఒప్పందాల ప్రకారం ఉన్న ఆచారం. అంతే.

తెలుగులో absolute zero ని పరమ కనిష్ఠ శీతోగ్రత అనవచ్చు. రెండు కొలమానాలలోనూ నీళ్ళు 100 డిగ్రీల దగ్గర మరుగుతాయి.

[మార్చు] ప్రకృతిలో ఉష్ణోగ్రత పాత్ర

ఉష్ణోగ్రతకి ఒక్క భౌతిక శాస్త్రంలోనే కాకుండా రసాయన, జీవ శాస్త్రాలలో కూడ చాల ముఖ్యమైన పాత్ర ఉంది. ఉదాహరణకి చాల పదార్ధాల భౌతిక లక్షణాలు ఉష్ణోగ్రత మీద ఆధారపడి ఉంటాయి.

ఉష్ణోగ్రతని బట్టి నీరు నీరు ఉండే 'దశ' (phase) నిర్ణయం అవుతుంది: నీరు చల్లబడి గడ్డకట్టినప్పుడు ఘన దశలో (solid phase) ఉంటుంది, వేడెక్కి కరిగినప్పుడు ద్రవదశలో (liquid phase) ఉంటుంది, ఇంకా వేడెక్కి ఆవిరి అయినప్పుడు వాయు దశలో (gaseous phase) ఉంటుంది.
ఉష్ణోగ్రతతో పాటు సాంద్రత (density), విద్యుత్‌ వాహకత్వం (electrical conductivity), కరిగే సామర్ధ్యం (solubility), కావిరి పీడనం (vapor pressure), మొదలయిన భౌతిక లక్షణాలు మారతాయి.
ఉష్ణోగ్రత రసాయన ప్రక్రియల జోరు మీద చాల ప్రభావం చూపిస్తుంది. మన శరీరం యొక్క ఉష్ణోగ్రత ని 37 డిగ్రీలు సెల్సియస్‌ దగ్గర ఉంటే శరీరంలో జరగవలసిన జీవరసాయన ప్రక్రియలు యధావిధిగా జరుగుతాయి; అందుకని మన శరీరం తన ఉష్ణోగ్రతని 37 డిగ్రీలు సెల్సియస్‌ దగ్గర నిలబెట్టటానికి విశ్వప్రయత్నం చేస్తుంది. అప్పుడప్పుడు ఈ కృషిలో విఫలం అయితే మనకి జ్వరం వస్తుంది.
ఒక ఉపరితలం (surface)నుండి జరిగే తాప వికిరిణం (thermal radiation) మీద ఆ తలం యొక్క ఉష్ణోగ్రత విశేషమైన ప్రభావాన్ని చూపిస్తుంది.