வெப்பநிலை

வெப்பநிலை (temperature) என்பது ஒரு பதார்த்தம் அல்லது வெளியின் ஒரு பகுதியின் இயற்பியல் இயல்பு ஆகும். அயலிலுள்ள ஒரு பதார்த்தம் அல்லது வெளியின் ஒரு பகுதியிலிருந்து, எடுத்துக்கொள்ளப்பட்ட பதார்த்தம் அல்லது வெளியின் ஒரு பகுதிக்கு, வெப்பம் உள்செல்லுமா அல்லது அதிலிருந்து வெளியேறுமா என்பதைத் தீர்மானிப்பது இந்த இயல்பாகும். இவ்வாறு வெப்ப ஓட்டம் நிகழாவிட்டால் அப் பதார்த்தம் அல்லது வெளியின் ஒரு பகுதி, அந்த வெப்பநிலையில் ^[1], வெப்பச் சமநிலையில் உள்ளது எனப்படும். வெப்ப ஓட்டம் நிகழுமானால் அது வெப்பநிலை கூடிய இடத்திலிருந்து வெப்பநிலை குறைந்த இடம் நோக்கிய திசையில் இருக்கும். வெப்பநிலை ஒரு பதார்த்தத்தின் இயக்க சக்தியை அளக்கும் ஒரு கணியமாகவும் உள்ளது. வெப்பநிலை அதிகரித்தால் ஒரு பதார்த்தத்தின் இயக்க சக்தியும் அதிகரிக்கும். உதாரணமாக பனிக்கட்டி ஒன்றில் நீர் மூலக்கூறுகள் அதிர்வடைதல்/ அசைதல் மிகவும் குறைவாகும். திண்ம நிலையில் (பனிக்கட்டி) நீர் மூலக்கூறுகள் தாம் இருக்கும் இடத்தில் அதிர்வடைய மாத்திரமே முடியும். வெப்பத்தை வழங்கி வெப்பநிலையை அதிகரிக்கும் போது பனிக்கட்டியில் உள்ள நீர் மூலக்கூறுகள் அதிர்வடைய ஆரம்பிக்கின்றன. வெப்பநிலை 273.15 K ஐத் தாண்டும் போது பனிக்கட்டி நீராக மாறி விடும். திரவ நிலையில் நீர் மூலக்கூறுகள் கட்டுப்பாடின்றி அசையலாம்: அதாவது வெப்பநிலை அதிகரித்ததால் நீரின் இயக்க சக்தி அதிகரித்துள்ளது. நீரினை அதன் கொதிநிலைக்கு (373.15 K) வெப்பமாக்கினால் நீர் நீராவியாக மாறும். நீராவி நிலையில் நீரின் இயக்க சக்தி மேலும் அதிகமாகும். இது போல திண்ம நிலைக்குள்ளும் வெப்பநிலைக்கேற்றபடி இயக்க சக்தி வேறுபாடு உள்ளது. அதிக வெப்பநிலையில் திணமப் பொருட்களிலுள்ள மூலக்கூறுகள் அதிகளவில் அதிர்வடையும். குறைந்த வெப்பநிலையில் இயக்க சக்தி குறைவென்பதால் மூலக்கூறுகள்/ அணுக்கள் குறைவாக அதிர்வடையும்.

அறிவியலாளர்கள் 0 K (-273.15 °C) எனும் வெப்பநிலையையே எட்டக்கூடிய மிகக்குறைந்த வெப்பநிலையென எதிர்வுகூறியுள்ளனர். இவ்வெப்பநிலையில் அணுக்கள் அதிர்வடைதலை நிறுத்தி, இயக்கசக்தி பூச்சியமாகுமெனவும் எதிர்வுகூறியுள்ளனர். எனினும் இது தொடர்பான ஆராய்ச்சிகளில் இவ்வெப்பநிலைக்கு அருகே செல்ல முடியுமெனினும் இதுவரை (2014) இவ்வெப்பநிலையை அடைய முடியவில்லை. இவ்வெப்பநிலையிலிருந்தே சர்வதேச ரீதியாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட கெல்வின் வெப்பநிலை அளவீட்டு முறை ஆரம்பமாகின்றது. எனினும் இன்றளவும் செல்சியஸ் (°C) மற்றும் பரனைற்று (°F) வெப்பநிலை அலகுகளே மக்களால் அதிகளவில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கெல்வின் அலகு அறிவியலாளர்களால் மாத்திரம் பயன்படுத்தப்படும் ஒன்றாகவே உள்ளது.

அறிவியல் பயன்பாடு

நீண்ட கால உலக வளி வெப்பநிலையைக் காட்டும் ஓர் வரைபடம்.

வெப்பநிலையானது பதார்த்தங்களைப் பாதிக்கும் காரணிகளாகிய பதார்த்தநிலை (திண்மம், திரவம், வாயு, ப்ளாஸ்மா), அடர்த்தி, கரையும் தன்மை, மற்றும் மின்சாரக் கடத்துதிறண் ஆகியவற்றில் தாக்கத்தைச் செலுத்தும். இரசாயனத்தாக்க வீத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்தும் காரணியாகவும் வெப்பநிலை உள்ளது. இதன் காரணமாகவே மனித உடல் வெப்பநிலையை 36.9 °C ஆகப் பேணவேண்டி உள்ளது.

வெப்பநிலை செல்வாக்கு செலுத்தும் காரணிகள்

ஒரு தொகுதியின் பௌதீக நிலை
கனவளவு
மின்தடை
வேதியியற் தாக்க வீதம்

வெப்பநிலை அதிகரிக்கும் போது இயக்க சக்தி அதிகரிப்பதால் தாக்கிகள் ஒன்றுடனொன்று மோதிக்கொள்ளும் வேகமும் அதிகரிக்கும். இதனால் தாக்கவீதமும் வெப்பநிலை அதிகரிப்போடு அதிகரிக்கின்றது.

ஒரு தொகுதியிலிருந்து வெளியேற்றப்படும் வெப்பக்கதிர்ப்பின் அளவு
ஒலியின் வேகம்

வெப்பக்கொள்ளளவு

ஒரு பொருளை வெப்பமேற்றும் போது குறிப்பிட்ட அளவு மாத்திரமே இயக்கசக்தியாக மாற்றப்படுகின்றது. மற்றைய சக்தி வேறு விதங்களில் பயன்படுத்தப்படும். உதாரணமாக 1 kg நீரை வெப்பமாக்கும் போது ஒவ்வொரு 1 K / 1 °C வெப்பநிலை அதிகரிப்புக்கும் 4200 J வெப்பசக்தி நீரால் உறிஞ்சப்படுகின்றது. இதுவே 1 kg இரும்பெனில் 1 K ஆல் வெப்பநிலையை உயர்த்துவதற்கு 450 J சக்தியே தேவைப்படும். நீரில் உறிஞ்சப்படும் வெப்பசக்தி அதிலுள்ள ஐதரசன் பிணைப்புக்களை உடைக்க விரையமாவதே அதன் உயர் பெறுமானத்துக்குக் காரணமாகும். ஒரு தொகுதிக்கு வழங்கப்பட்ட வெப்பத்தை (Q), அத்தொகுதியில் ஏற்பட்ட வெப்பநிலை மாற்றத்தால் (ΔT) பிரிப்பதன் மூலம் அத்தொகுதியின் வெப்பக்கொள்ளளவைக் (C) கணக்கிட முடியும்.

C={\frac {\Delta Q}{\Delta T}}

வெப்பநிலை அளவீடு

பனிக்கால வெப்பநிலையாக -17°C ஐக் காட்டும் ஒரு செல்சியஸ் வெப்பமானி.

வெப்பநிலையை அளவிடும் உபகரணம் வெப்பமானி என அழைக்கப்படும். பொதுவாக அனைத்து வெப்பமானிகளும் வெப்பநிலை பொருட்களில் காட்டும் விளைவைக் கொண்டு வெப்பநிலையை அளவிடுகின்றன. இரச வெப்பமானி வெப்பநிலையால் இரச நிரலில் ஏற்படும் கனவளவு மாற்றத்தைக் கொண்டு வெப்பநிலையைக் கணிக்கின்றது. எந்தவொரு வெப்பமானியும் வெப்பநிலையை நேரடியாக அளவிடுவதில்லை. உலகில் அதிகமாக வெப்பநிலையை அளக்க செல்சியஸ்(°C) அளவீடே பயன்படுகின்றது. எனினும் உலகில் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட அளவீடாக விளங்குவது கெல்வின் அளவீடு(K) ஆகும். (0 °C = 273.15K). ஐக்கிய அமெரிக்கா, லைபீரியா, மியன்மார் போன்ற தேசங்களில் மாத்திரம் பரனைற்று அலகு அதிகளவில் பயன்படுத்தப்படுகின்றது. செல்சியஸ் அலகு நீரின் உருகு நிலை மற்றும் கொதி நிலையை அடிப்படையாகக் கொண்டது. செல்சியஸ் அலகில் குறிப்பிடப்பட்ட வெப்பநிலையின் பருமனோடு 273.15 ஐக் கூட்டுவதால் கெல்வின் அலகில் வெப்பநிலை பெறப்படும். அலகு மாற்றங்கள்:

	இதிலிருந்து மாற்ற செல்சியசு	இதற்கு மாற்ற செல்சியஸ்
பாரன்ஃகைட்	[°F] = [°C] × ⁹⁄₅ + 32	[°C] = ([°F] − 32) × ⁵⁄₉
கெல்வின்	[K] = [°C] + 273.15	[°C] = [K] − 273.15
ரான்கின்	[°R] = ([°C] + 273.15) × ⁹⁄₅	[°C] = ([°R] − 491.67) × ⁵⁄₉
டெலிஸ்லீ	[°De] = (100 − [°C]) × ³⁄₂	[°C] = 100 − [°De] × ²⁄₃
நியூட்டன்	[°N] = [°C] × ³³⁄₁₀₀	[°C] = [°N] × ¹⁰⁰⁄₃₃
ரீமர்	[°Ré] = [°C] × ⁴⁄₅	[°C] = [°Ré] × ⁵⁄₄
ரூமர்	[°Rø] = [°C] × ²¹⁄₄₀ + 7.5	[°C] = ([°Rø] − 7.5) × ⁴⁰⁄₂₁

சில வெப்பநிலை உதாரணங்கள்

	வெப்பநிலை		வெளியிடப்படும் வெப்பக்கதிர்ப்பின் அலைநீளம்^[2]
	கெல்வின்	பாகை செல்சியஸ்	வெளியிடப்படும் வெப்பக்கதிர்ப்பின் அலைநீளம்^[2]
தனிச்சுழி வெப்பநிலை (precisely by definition)	0 K	−273.15 °C	குறிப்பிட முடியாது
மனிதனால் உருவாக்கப்பட்ட மிகக்குளிர்ந்த வெப்பநிலை^[3]	100 pK	−273.149999999900 °C	29,000 km
மிகக்குளிர்வான போசு-ஐன்ஸ்டைன் செறிபொருள்^[4]	450 pK	−273.14999999955 °C	6,400 km
ஒரு மில்லி கெல்வின்	0.001 K	−273.149 °C	2.89777 m (radio, பண்பலை)^[5]
நீரின் மும்மைப் புள்ளி	273.16 K	0.01 °C	10,608.3 nm (அகச்சிவப்புக் கதிர்)
நீரின் கொதிநிலை	373.1339 K	99.9839 °C	7,766.03 nm
வெள்ளொளிர்வு விளக்கு	2500 K	≈2,200 °C	1,160 nm ( அகச்சிவப்புக் கதிர்)
சூரியனின் கட்புலனாகும் மேற்பரப்பு^[6]	5,778 K	5,505 °C	501.5 nm
மின்னல்	28 kK	28,000 °C	100 nm (புற ஊதாக் கதிர்)
சூரியனின் மையப்பகுதி	16 MK	16 மில்லியன் °C	0.18 nm (எக்சு-கதிர்)
அணு குண்டு^[7]	350 MK	350 மில்லியன் °C	8.3×10⁻³ nm (காம்மா கதிர்)
Sandia National Labs' Z machine^[E]^[8]	2 GK	2 பில்லியன் °C	1.4×10⁻³ nm (காம்மா கதிர்கள்)
வெடிக்கும் முன் ஒரு மீப்பருமன் உடைய விண்மீனின் மத்திய வெப்பநிலை ^[E]^[9]	3 GK	3 பில்லியன் °C	1×10⁻³ nm (காம்மா கதிர்கள்)
நொதுமி விண்மீன் மற்றும் இன்னொரு விண்மீன் மோதும் போது^[E]^[10]	350 GK	350 பில்லியன் °C	8×10⁻⁶ nm (காம்மா கதிர்)
Relativistic Heavy Ion Collider^[E]^[11]	1 TK	1 திரில்லியன் °C	3×10⁻⁶ nm (gamma rays)
ஐரோப்பிய அணு ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தால் நிகழ்த்தப்பட்ட புரோத்திரன் நியூத்திரன் மோதல்^[E]^[12]	10 TK	10 திரில்லியன் °C	3×10⁻⁷ nm (gamma rays)
பெரு வெடிப்பு நடைபெற்று 5.391×10⁻⁴⁴ s நேரத்தின் பின் பிரபஞ்சத்தின் வெப்பநிலை^[E]	1.417×10³² K	1.417×10³² °C	1.616×10⁻²⁷ nm (பிளாங்க் நீளம்)^[13]

மேற்கோள்கள்

↑ Temperature measurement and Sensor (2019).
↑ The cited emission wavelengths are for black bodies in equilibrium. CODATA 2006 recommended value of 2.8977685(51)×10⁻³ m K used for Wien displacement law constant b.
↑ "World record in low temperatures". பார்க்கப்பட்ட நாள் 2009-05-05.
↑ A temperature of 450 ±80 pK in a Bose–Einstein condensate (BEC) of sodium atoms was achieved in 2003 by researchers at MIT. Citation: Cooling Bose–Einstein Condensates Below 500 Picokelvin, A. E. Leanhardt et al., Science 301, 12 Sept. 2003, p. 1515. It's noteworthy that this record's peak emittance black-body wavelength of 6,400 kilometers is roughly the radius of Earth.
↑ The peak emittance wavelength of 2.89777 m is a frequency of 103.456 MHz
↑ Measurement was made in 2002 and has an uncertainty of ±3 kelvin. A 1989 measurement produced a value of 5,777.0±2.5 K. Citation: Overview of the Sun பரணிடப்பட்டது 2008-03-07 at the வந்தவழி இயந்திரம் (Chapter 1 lecture notes on Solar Physics by Division of Theoretical Physics, Dept. of Physical Sciences, University of Helsinki).
↑ The 350 MK value is the maximum peak fusion fuel temperature in a thermonuclear weapon of the Teller–Ulam configuration (commonly known as a hydrogen bomb). Peak temperatures in Gadget-style fission bomb cores (commonly known as an atomic bomb) are in the range of 50 to 100 MK. Citation: Nuclear Weapons Frequently Asked Questions, 3.2.5 Matter At High Temperatures. Link to relevant Web page. All referenced data was compiled from publicly available sources.
↑ Peak temperature for a bulk quantity of matter was achieved by a pulsed-power machine used in fusion physics experiments. The term bulk quantity draws a distinction from collisions in particle accelerators wherein high temperature applies only to the debris from two subatomic particles or nuclei at any given instant. The >2 GK temperature was achieved over a period of about ten nanoseconds during shot Z1137. In fact, the iron and manganese ions in the plasma averaged 3.58±0.41 GK (309±35 keV) for 3 ns (ns 112 through 115). Ion Viscous Heating in a Magnetohydrodynamically Unstable Z Pinch at Over 2×10⁹ Kelvin, M. G. Haines et al., Physical Review Letters 96 (2006) 075003. Link to Sandia's news release. பரணிடப்பட்டது 2010-05-30 at the வந்தவழி இயந்திரம்
↑ Core temperature of a high–mass (>8–11 solar masses) star after it leaves the main sequence on the Hertzsprung–Russell diagram and begins the alpha process (which lasts one day) of fusing silicon–28 into heavier elements in the following steps: sulfur–32 → argon–36 → calcium–40 → titanium–44 → chromium–48 → iron–52 → nickel–56. Within minutes of finishing the sequence, the star explodes as a Type II மீயொளிர் விண்மீன் வெடிப்பு. Citation: Stellar Evolution: The Life and Death of Our Luminous Neighbors (by Arthur Holland and Mark Williams of the University of Michigan). Link to Web site. More informative links can be found here [1] பரணிடப்பட்டது 2013-04-11 at the வந்தவழி இயந்திரம், and here [2] பரணிடப்பட்டது 2011-08-14 at the வந்தவழி இயந்திரம், and a concise treatise on stars by NASA is here [3] பரணிடப்பட்டது 2017-07-18 at the வந்தவழி இயந்திரம்.^{[தொடர்பிழந்த இணைப்பு]}
↑ Based on a computer model that predicted a peak internal temperature of 30 MeV (350 GK) during the merger of a binary neutron star system (which produces a gamma–ray burst). The neutron stars in the model were 1.2 and 1.6 solar masses respectively, were roughly 20 km in diameter, and were orbiting around their barycenter (common center of mass) at about 390 Hz during the last several milliseconds before they completely merged. The 350 GK portion was a small volume located at the pair's developing common core and varied from roughly 1 to 7 km across over a time span of around 5 ms. Imagine two city-sized objects of unimaginable density orbiting each other at the same frequency as the G4 musical note (the 28th white key on a piano). It's also noteworthy that at 350 GK, the average neutron has a vibrational speed of 30% the speed of light and a relativistic mass (m) 5% greater than its rest mass (m₀). Torus Formation in Neutron Star Mergers and Well-Localized Short Gamma-Ray Bursts, R. Oechslin et al. of Max Planck Institute for Astrophysics., arXiv:astro-ph/0507099 v2, 22 Feb. 2006. An html summary.
↑ Results of research by Stefan Bathe using the PHENIX detector on the Relativistic Heavy Ion Collider at Brookhaven National Laboratory in Upton, New York, U.S.A. Bathe has studied gold-gold, deuteron-gold, and proton-proton collisions to test the theory of quantum chromodynamics, the theory of the strong force that holds atomic nuclei together. Link to news release. பரணிடப்பட்டது 2017-12-30 at the வந்தவழி இயந்திரம்
↑ How do physicists study particles? பரணிடப்பட்டது 2007-10-11 at the வந்தவழி இயந்திரம் by CERN.
↑ The Planck frequency equals 1.85487(14)×10⁴³ Hz (which is the reciprocal of one Planck time). Photons at the Planck frequency have a wavelength of one Planck length. The Planck temperature of 1.41679(11)×10³² K equates to a calculated b /T = λ_max wavelength of 2.04531(16)×10⁻²⁶ nm. However, the actual peak emittance wavelength quantizes to the Planck length of 1.61624(12)×10⁻²⁶ nm.

[Boltzmann_constant-1] Temperature measurement and Sensor (2019).

[2] The cited emission wavelengths are for black bodies in equilibrium. CODATA 2006 recommended value of 2.8977685(51)×10⁻³ m K used for Wien displacement law constant b.

[ltl-3] "World record in low temperatures". பார்க்கப்பட்ட நாள் 2009-05-05.

[recordcold-4] A temperature of 450 ±80 pK in a Bose–Einstein condensate (BEC) of sodium atoms was achieved in 2003 by researchers at MIT. Citation: Cooling Bose–Einstein Condensates Below 500 Picokelvin, A. E. Leanhardt et al., Science 301, 12 Sept. 2003, p. 1515. It's noteworthy that this record's peak emittance black-body wavelength of 6,400 kilometers is roughly the radius of Earth.

[5] The peak emittance wavelength of 2.89777 m is a frequency of 103.456 MHz

[6] Measurement was made in 2002 and has an uncertainty of ±3 kelvin. A 1989 measurement produced a value of 5,777.0±2.5 K. Citation: Overview of the Sun பரணிடப்பட்டது 2008-03-07 at the வந்தவழி இயந்திரம் (Chapter 1 lecture notes on Solar Physics by Division of Theoretical Physics, Dept. of Physical Sciences, University of Helsinki).

[7] The 350 MK value is the maximum peak fusion fuel temperature in a thermonuclear weapon of the Teller–Ulam configuration (commonly known as a hydrogen bomb). Peak temperatures in Gadget-style fission bomb cores (commonly known as an atomic bomb) are in the range of 50 to 100 MK. Citation: Nuclear Weapons Frequently Asked Questions, 3.2.5 Matter At High Temperatures. Link to relevant Web page. All referenced data was compiled from publicly available sources.

[8] Peak temperature for a bulk quantity of matter was achieved by a pulsed-power machine used in fusion physics experiments. The term bulk quantity draws a distinction from collisions in particle accelerators wherein high temperature applies only to the debris from two subatomic particles or nuclei at any given instant. The >2 GK temperature was achieved over a period of about ten nanoseconds during shot Z1137. In fact, the iron and manganese ions in the plasma averaged 3.58±0.41 GK (309±35 keV) for 3 ns (ns 112 through 115). Ion Viscous Heating in a Magnetohydrodynamically Unstable Z Pinch at Over 2×10⁹ Kelvin, M. G. Haines et al., Physical Review Letters 96 (2006) 075003. Link to Sandia's news release. பரணிடப்பட்டது 2010-05-30 at the வந்தவழி இயந்திரம்

[9] Core temperature of a high–mass (>8–11 solar masses) star after it leaves the main sequence on the Hertzsprung–Russell diagram and begins the alpha process (which lasts one day) of fusing silicon–28 into heavier elements in the following steps: sulfur–32 → argon–36 → calcium–40 → titanium–44 → chromium–48 → iron–52 → nickel–56. Within minutes of finishing the sequence, the star explodes as a Type II மீயொளிர் விண்மீன் வெடிப்பு. Citation: Stellar Evolution: The Life and Death of Our Luminous Neighbors (by Arthur Holland and Mark Williams of the University of Michigan). Link to Web site. More informative links can be found here [1] பரணிடப்பட்டது 2013-04-11 at the வந்தவழி இயந்திரம், and here [2] பரணிடப்பட்டது 2011-08-14 at the வந்தவழி இயந்திரம், and a concise treatise on stars by NASA is here [3] பரணிடப்பட்டது 2017-07-18 at the வந்தவழி இயந்திரம்.^{[தொடர்பிழந்த இணைப்பு]}

[10] Based on a computer model that predicted a peak internal temperature of 30 MeV (350 GK) during the merger of a binary neutron star system (which produces a gamma–ray burst). The neutron stars in the model were 1.2 and 1.6 solar masses respectively, were roughly 20 km in diameter, and were orbiting around their barycenter (common center of mass) at about 390 Hz during the last several milliseconds before they completely merged. The 350 GK portion was a small volume located at the pair's developing common core and varied from roughly 1 to 7 km across over a time span of around 5 ms. Imagine two city-sized objects of unimaginable density orbiting each other at the same frequency as the G4 musical note (the 28th white key on a piano). It's also noteworthy that at 350 GK, the average neutron has a vibrational speed of 30% the speed of light and a relativistic mass (m) 5% greater than its rest mass (m₀). Torus Formation in Neutron Star Mergers and Well-Localized Short Gamma-Ray Bursts, R. Oechslin et al. of Max Planck Institute for Astrophysics., arXiv:astro-ph/0507099 v2, 22 Feb. 2006. An html summary.

[11] Results of research by Stefan Bathe using the PHENIX detector on the Relativistic Heavy Ion Collider at Brookhaven National Laboratory in Upton, New York, U.S.A. Bathe has studied gold-gold, deuteron-gold, and proton-proton collisions to test the theory of quantum chromodynamics, the theory of the strong force that holds atomic nuclei together. Link to news release. பரணிடப்பட்டது 2017-12-30 at the வந்தவழி இயந்திரம்

[12] How do physicists study particles? பரணிடப்பட்டது 2007-10-11 at the வந்தவழி இயந்திரம் by CERN.

[13] The Planck frequency equals 1.85487(14)×10⁴³ Hz (which is the reciprocal of one Planck time). Photons at the Planck frequency have a wavelength of one Planck length. The Planck temperature of 1.41679(11)×10³² K equates to a calculated b /T = λ_max wavelength of 2.04531(16)×10⁻²⁶ nm. However, the actual peak emittance wavelength quantizes to the Planck length of 1.61624(12)×10⁻²⁶ nm.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[E]

[8]

[9]

[10]

[E]

[11]

[12]

[13]