Maraqlı Fizika

Məsafənin ölçüsü

İnsanlar böyük tikililər qurmağa başlayanda, hündürlüyü və uzunluğu ölçmək üçün vasitələrə ehtiyac duydular. İlk ölçü cihazları, yəqin ki, üzərinə cızıq vurulmuş sadə taxta çubuqlar idi və heç bir vahid ölçü standartı yox idi.

İlk geniş yayılmış ölçü vahidi "qulac" və ya "dirsək" (ingilis dilində: cubit) adlanırdı. Bu, eramızdan əvvəl IV–III minilliklərdə Misirdə, Mesopotamiyada və Hind vadisində istifadə edilirdi.

"Cubit" sözü latınca "dirsək" deməkdir "Cubitum" sözündən əmələ gəlir və o, dirsəkdən orta barmağın ucuna qədər olan məsafəyə əsaslanırdı. Təbii ki, hər kəsin qol uzunluğu fərqli olduğundan bu "standart" yalnız təxmini idi.

Cubit ölçü vahidi - dirsəkdən barmaq ucuna qədər

Qədim dövlətlərdə ölçülər

Piramidalarda aparıla qazıntılarda ağacdan, daşdan və metaldan düzəldilmiş kral dürsəyi(cubit) çubuqları tapılıb. Böyük Giza Piramidasında belə bir kubit çubuq tapılmışdır. Bu piramida belə dəqiq ölçü ilə tikilmişdir. Onun hündürlüyü 280 kubit, bazası isə 440 kubit idi.

Misirlilər kubiti müxtəlif hissələrə də bölürdülər: 4 barmaqlıq "ovuc", 5 barmaqlıq "əl", 12 barmaqlıq "kiçik qarış" (yarım kubit) və s. Torpağı ölçmək üçün "het" (100 kubit), daha böyük məsafələr üçün isə "ater" (20.000 kubit) istifadə edilirdi.

Qədim Misir kral kubiti çubuğu

İmpuls və avtomobillərin toqquşması

Obyektlər toqquşan zaman bir neçə şey baş verir. Onların sürəti və istiqaməti dəyişir, mexanikin hərəkətin kinetik enerjisi istiliyə və ya səsə çevrilə bilər.

1666-cı ildə London Kral Cəmiyyəti alimlərə obyektlər toqquşduqda nəyin baş verdiyini izah edən bir nəzəriyyəni ortaya qoymağı tövsiyə etdi. İki il sonra üç alim - İngiltərədən Con Uollis və Kristofer Vren, Hollandiyadan Kristiaan Huygens - öz nəzəriyyələrini dərc etdilər.

Bütün hərəkət edən cisimlərin impulsu var (kütlə və sürətin hasilidir). Sakit dayanan cisimlərin impulsu yoxdur, çünki onların sürəti sıfırdır.

Newton Beşiyi - İmpulsun qorunması nümayişi

İmpulsun qorunması qanunu

Qüvvələri çoxaltmaq üçün yeni maşın

Hidravlikanı (mayelərin mexaniki xassələrini) araşdırarkən fransız riyaziyyatçısı və fizik Blez Paskal (Blaise Paskal) elə bir kəşf etdi ki, bu, zamanla bir çox sənaye proseslərini inqilabi şəkildə dəyişəcəkdir.

Paskal qanunu kimi tanınan bu qanun deyir ki, əgər qapalı bir məkanda mayenin hər hansı bir nöqtəsinə təzyiq tətbiq olunarsa, bu təzyiq mayenin hər bir nöqtəsinə və qabın divarlarına bərabər şəkildə ötürülür.

Paskal prinsipi - hidravlik sistem

Paskalın təsiri

Paskal qanunu o deməkdir ki, bir ucunda porşen (təzyiq tətbiq edilən) olan və maye ilə dolu bir silindrdə həmin təzyiq digər ucda yerləşən ikinci porşendə də eyni təzyiq artımını yaradır.

Ən vacibi isə bundan ibarətdir ki, əgər ikinci porşenin səth sahəsi birincidən iki dəfə böyükdürsə, qüvvə də iki dəfə böyük olacaq. Beləliklə, kiçik porşenin üzərinə 1 kq. yük qoyularsa, böyük porşen 2 kq qaldıra bilər.

Porşenlərin səth sahələrinin nisbəti nə qədər böyükdürsə, böyük porşen o qədər çox yük qaldıra bilər. Paskalın kəşfləri 1663-cü ildə, yəni onun ölümündən bir il sonra dərc olundu.

Mühəndislər tərəfindən sonradan bu qanun tətbiq edilməsi avtomobil mexanizmlərinin istifadəyə verilməsini daha da asanlaşdırdı. 1796-cı ildə Cozef Brama bu prinsipi tətbiq edərək kağızı, parçanı və poladı sıxan hidravlik pres qurdu və əvvəlki taxta preslərdən daha səmərəli və güclü işləyən mexaniki qurğular düzəltdi.

Termal (istilik) radiasiyası

İstilik enerjisi bir yerdən başqa yerə üç yolla ötürülə bilər: bərk cisimlərdə keçiriciliklə, mayelərdə və qazlarda konveksiya ilə və radiasiya ilə. Bu radiasiya, termal – və ya istilik – radiasiya kimi tanınır və fiziki təmas tələb etmir. Radiodalğalar, görünən işıq və rentgen şüaları ilə yanaşı, termal radiasiya da elektromaqnit radiasiyasının bir formasıdır və boşluqda dalğalar şəklində hərəkət edir.

Ceyms Klerk Maksvell 1865-ci ildə elektromaqnit dalğalarının mövcudluğunu təklif edən ilk şəxs olmuşdur. O, elektromaqnit dalğalarının tam bir spektrinin olacağını proqnozlaşdırdı və sonrakı təcrübələr bu nəzəriyyəni təsdiqlədi. Temperaturu mütləq 0 (-273.15°C) dərəcədən yüksək olan hər bir obyekt radiasiya yayır. Kainatda bütün obyektlər fasiləsiz olaraq bir-birinə elektromaqnit radiasiyası ötürür. Bu da heç bir obyektin tamamilə 0 K dərəcəyə qədər soyumasına imkan vermir. Obyektin minimum istiliyi – yəni heç bir enerji yaymadığı temperatur – əldə edilə bilməz.

İstilik və işıq

Almaniyada ingilis mənşəli astronom Vilyam Herşel 1800-cü ildə prizmadan keçirdiyi işığı spektrə ayırdı və bu spektrdə müxtəlif nöqtələrin temperaturunu ölçdü. O müşahidə etdi ki, termometrini spektrin bənövşəyi hissəsindən qırmızıya yaxın hissəyə doğru hərək etdirdikcə temperatur artırdı.

Onun təəccübünə səbəb olan isə qırmızı işıqdan da o tərəfdə – heç bir görünən işığın olmadığı yerdə də – temperaturun daha da artması oldu. Herşel infraqırmızı radiasiyanı – gözlə görünməyən, lakin istilik şəklində hiss edilən enerji növünü – kəşf etdi. Məsələn, müasir tost aparatlarındakı istilik infraqırmızı radiasiya ilə çörəyə ötürülür.

Elektromaqnit spektri və müxtəlif radiasiya növləri

Obyekt tərəfindən buraxılan istilik radiasiyasının həcmi onun temperaturundan asılıdır. Obyekt nə qədər istidirsə, o qədər də çox enerji ifraz edir. Əgər obyekt kifayət qədər istidirsə, onun buraxdığı enerji işıq kimi görünə bilər. Məsələn, metal çubuq kifayət qədər qızdırıldıqda əvvəlcə qırmızı, sonra sarı, sonra isə ağ rəngdə işıq saçır. Ən isti ulduzlar və toz dumanlıqları (nebula) infraqırmızı teleskoplarla müşahidə olunur.

Absorbsiyaya bərabər emissiya

1858-ci ildə şotlandiyalı fizik Balfour Stüart müxtəlif materiallardan hazırlanmış nazik lövhələrdə istiliyin absorbsiyası (udulması) və yayılmasını araşdırarkən müəyyən etdi ki, bütün temperaturlarda udulan və yayılan istiliyin dalğa uzunluqları eynidir. Yəni, müəyyən dalğa uzunluğunda enerjini udmağa meyilli bir material, həmin dalğa uzunluğunda enerjini eyni zamanda yaymağa da meyillidir. Stüart qeyd edirdi ki, "bir lövhə tərəfindən absorbsiya onun tərəfindən radiasiyaya [emisiyası] bərabərdir və bu, istiliyin [dalğa uzunluğu] hər bir təsviri üçün keçərlidir."

Stüartın məqaləsi nəşr edildikdən iki il sonra, alman fizik Qustav Kirxhof – şotlandiyalının işindən xəbərsiz olaraq – oxşar nəticələr dərc etdi. Həmin dövrdə akademik dairələr Kirxhofun işinin Stüartın tədqiqatlarına nisbətən daha ciddi və dəqiq olduğunu, astronomiya kimi sahələrdə daha praktiki tətbiqlərə malik olduğunu hesab etdilər.

Qara cisim radiasiyası

Kirxofun tapıntılarını belə izah etmək olar: Təsəvvür edin ki, bir obyekt ona dəyən elektromaqnit radiasiyanın hamısını mükəmməl şəkildə udur. Heç bir radiasiya geri əks olunmur. Beləliklə, obyektin yaydığı bütün enerji yalnız onun temperaturundan asılı olur, kimyəvi tərkibindən və ya fiziki quruluşundan deyil. 1862-ci ildə Kirchhoff bu nəzəri obyektlərə "qara cisimlər" adını verdi. Mükəmməl qara cisimlər əslində mövcud deyil.

Mükəmməl qara cisimlər mövcud olmadığından, Kirxoff öz nəzəriyyəsini izah etmək üçün içi boş, tək dəlikli bir konteyneri təsəvvür etdi. Radiasiya konteynerin içinə yalnız bir dəlik vasitəsilə daxil olub-çıxa bilər. İçəridəki radiasiyanın bir qismi bu dəlik və konteynerin səthi vasitəsilə yayıla bilər. Kirxofun fikrincə, konteynerin içindəki radiasiya yalnız obyektin temperaturundan asılıdır, onun forması, ölçüsü və ya materialından deyil.

Termal radiasiya qanunu

Kirxoffun 1860-cı ildə irəli sürdüyü qanuna görə, termodinamik tarazlıqda (obyektin ətrafinda olan obyektlə eyni temperaturda olması) olan obyektlərin eyni temperaturda olması radiasiyanın da eyni olmasını tələb edir. Yəni səth tərəfindən udulan radiasiya miqdarı ilə eyni dalğa uzunluğunda və temperaturda yayılan radiasiya miqdarı eyni olmalıdır.

Beləliklə, radiasiyanın obyekt tərəfindən hansı dərəcədə səmərəli udulduğu, onun bu dalğa uzunluğunda enerji yayma səmərəliliyi ilə eyni olur.

1893-cü ildə alman fizik Vilhem Vin temperatur dəyişikliyi ilə qara cisim əyrisinin formasının necə dəyişdiyini müşahidə edərək belə nəticəyə gəldi: maksimum radiasiya intensivliyi müşahidə olunan dalğa uzunluğu ilə temperaturun hasilatı sabitdir.

Bu nəticələr onu göstərirdi ki, pik dalğa uzunluğu istənilən temperatur üçün hesablana bilər, və obyektlər qızdıqca niyə rənglərini dəyişdiyini izah edirdi. Temperatur artdıqca pik dalğa uzunluğu azalır, beləliklə radiasiya daha çox görünən və ultrabənövşəyi bölgələrə keçir.

1899-cu ildə daha aparılan sınaqlar Vinin infrared sahədə dalğauzunluğu ilə bağlı tapıntılarının dəqiq olmadığını göstərdi.

Ultrabənövşəyi fəlakət

1900-cü ildə britaniyalı fiziklər Lord Reylayq və Ser Ceyms Cans bir tənlik dərc etdilər. Bu tənlik elektromaqnit spektrinin infraqırmızı bölgəsində nəyin müşahidə olunduğunu sanki izah edirdi, lakin bu araşdırma nəticələri tezliklə sual altına alındı. Bu nəzəriyyəyə görə, qara cisim şüalanmasının yaratdığı ultrabənövşəyi enerjinin daha yüksək tezlikləri üçün effektiv heç bir yuxarı həddi yox idi, yəni sonsuz sayda yüksək enerjili dalğalar yaranacaqdır.

Bu o demək idi ki, məsələn, bişən bir tortun sobanın qapısı açılan zamanı ani şəkildə məhv olması baş verərdi.

Bu, "ultrabənövşəyi fəlakət" adlandırıldı və sözsüz ki, səhv düşəncə idi. Lakin bu səhvin səbəbini izah etmək üçün fizikanın əvvəllər toxunmamış cəsarətli nəzəri addımlar tələb olunurdu.

Kainat barədə

Kainatın necə yaranması və insanların onun içində yeri hər zaman insanları düşündürüb. İnsanlar həmişə Kainatın tanrı tərəfindən yaradılmasına inanıb. Eyni zamanda, uzun əsrlər boyu belə bir fikir də vardı ki, guya Yer kainatın mərkəzindədir, bütün ulduzlar isə onun ətrafında fırlanır.

Amma sonralar məlum oldu ki, Yer nəinki kainatın, hətta öz Günəş sisteminin mərkəzi belə deyil. Günəş Sistemi isə yüz milyardlarla ulduz olan bir qalaktikada yerləşir.

Webb teleskopunun kosmosdan əldə etdiyi görüntü

Böyük Partlayış nəzəriyyəsi

Hal-hazırda kainatın yaranması barədə mövcud olan nəzəriyyələrdən biri də məlum olduğu kimi Qərbdə "Big Bang" adlanan "Böyük Partlayış" nəzəriyyəsidir. Bu nəzəriyyə ilk dəfə 1930-cu illərin əvvəlində belçikalı astronom və keşiş Jorj Lemetr (Georges Lemaître) tərəfindən irəli sürülmüşdür.

O, 1927-ci ildə Lemetr kainatın genişləndiyini ideyasını səsləndirdi. Bir neçə il sonra isə bu fikri daha da inkişaf etdirərək belə izah etdi: kainatın bu genişlənməsi bir nöqtədə, onun adlandırdığı "ilkin atom" və ya "kosmik yumurta"dan başlandı.

O, Einşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsindən ilham alaraq bu qənaətə gəlmişdir. Lakin Einşteyn bu nəzəriyyəni qəbul etmirdi, çünki o dövrdə kainatın genişlənməsini sübut edəcək ölçü yoxdur. Bəzi məlumatlara əsasən sonra Einşteyn bu nəzəriyyənin doğru olduğunu qəbul etdi.

1929-cu ildə amerikalı astronom Edvin Habl kainatın genişləndiyini nəzəriyyəsini dəstəkləyən kəşf etdi. O, Yer kürəsindən obyektlərin uzaqlaşdıqca onların işığının dəyişməsini (buna "qırmızıya sürüşmə" deyilir) müşahidə etmiş və ulduzların Yerdən uzaqlaşması sürətini və nə qədər uzaqda olduqlarını hesablaya bilmişdir. Habl bütün qalaktikaların bizdən uzaqlaşdığını və uzaqda olanların daha sürətli hərəkət etdiyini qənaətinə gəlmişdir. Bu isə Lemetrenin düzgün istiqamətdə fikirləşdiyini göstərirdi.

Sabit vəziyyət modeli

Habl və Lemetrin bu müşahidələrinə baxmayaraq, digər bir nəzəriyyə "sabit vəziyyət" modeli idi. Bu model kainatın daim var olduğunu və maddənin fasiləsiz şəkildə bir-birindən uzaqlaşan qalaktikalar arasında yarandığını və maddənin və enerjinin daimi əsasda yarandığını Kainatı balansda saxlamağa sövq etdiyini iddia edirdi.

Bu nəzəriyyə əsasən hidrogen ulduzlara və daha ağır elementlərə, daha sonra planetlərə, daha çox ulduzlara və qalaktikalara çevrilirdi. Britaniyalı astronom Fred Hoyle bu nəzəriyyəni müdafiə edirdi. O, Lemetr və Hablın nəzəriyyəsinə qarşı çıxaraq 1949-cu ildə radio müsahibəsində onu istehza ilə "Böyük Partlayış" adlandırsa da, bu ad daha sonra məşhurlaşdı.

Qalıq istilik və sübutlar

1948-ci ildə fizik George Gamov və Ralf Alfer məqalə ilə çıxış edərək "ilkin atomun" əvvəlcədən partlamasısından və hissəciklərin kaintan boyu yayılmasından sonra hansı vəziyyətin olduğunu izah etməyə çalışmışlar. Onlar məqalədə "Böyük Partlayışdan" qalma istiliyi - "kosmik fon radiasiyası" barədə məlumat vermişlər.

1964-cü ildə Arno Penzias və Robert Vilson böyük antena ilə radio astronomiya sınaqları keçirərkən təsadüfən bu radiasiyanı qeydə aldılar. Kosmik fon radiasiyasının kaintada mövcudluğu "Böyük Partlayış" nəzəriyyəsini daha da gücləndirdi.

Kainatın ilk dövrü

Kainatın ilk dövrlərinin təsviri

Kosmik fon radiasiyası tapılması, kainatın necə formalaşdığını barədə mülahizələr irəli sürməyə imkan verdi. Mülahizə burada ona görə qeyd edirik ki, bu barədə qəti fikir söyləmək çətindir. Əslində, "Böyük Partlayış" nəzəriyyəsi özü kainatın dəqiq yaranma tarixini təsvir edə bilmir. Bəzi alimlər bunun 13.8 milyard il əvvəl baş verdiyini bildirir.

1980-ci ildə amerikalı fizik Alan Gus "Böyük partlayış" nəzəriyyəsini 20-ci əsrin sonlarında daha da inkişaf etdirmişdir. Onun "kosmik şişmə" (məsələn, hava şarının şişirdilməsi) nəzəriyyəsinə görə, kainatın yaranmasının ilk ani anlarında maddə və enerji sürətlə şişdi (saniyənin trilyonlardan da az hissəsi, 10-35 saniyə, ərzində) — bu, Big Bang-in ilk mərhələsi idi.

"Böyük partlayışdan" dərhal sonra maddə və enerji bir-birinə çevrilə bilən bir "kütlə-enerji" halında idi. Qravitasiya demək olar ki, dərhal ayrıldı, digərləri bir qədər sonra. Yüksək enerjili fotonlar (işıq zərrəcikləri) hər yeri doldurdu. Trilyonluq bir saniyə sonra isə kvarklar və qlüonlar birləşərək proton, neytron və digər hissəciklərə çevrildilər. 3 dəqiqə içində ilk atom nüvələri — helium və litium — yaranmağa başladı.

Əvvəlcə kainat işığı keçirməyən, "bulanıq" idi. Təxminən 380,000 il sonra, kainat soyumağa başladı və kifayət qədər genişlənərək elektronlar nüvələrlə birləşərək hidrogen, helium, deyterium və litium atomları yaratdı. Bu zaman protonlar radiasiya qismində fəzada sərbəst hərəkət edə bildi və kainat "qaranlıq dövrdən" çıxıb şəffaf oldu. Yuxarıda qeyd olunan kosmik fon radiasiyası həmin bu dövrdən qalma işıqdır.

Daltonun nəzəriyyəsi

Atom nəzəriyyəsi ilə bağlı ilk elmi izah XIX əsrin əvvəllərində Britaniyalı alim Con Dalton tərəfindən irəli sürüldü. Əgər eyni elementlər cütü müxtəlif üsullarla birləşərək müxtəlif birləşmələr əmələ gətirə bilsələr, bu elementlərin nisbəti tam ədədlərlə göstəriləcək.

Dalton müşahidə etmişdi ki, məsələn, saf suda oksigenin miqdarı hidrogendən demək olar ki, səkkiz dəfə çoxdur, bu isə onu göstərirdi ki, oksigenin ibarət olduğu maddə hidrogen ibarət olduğu maddədən daha çox çəkiyə malikdir. Sonralar məlum olmuşdur ki, bir oksigen atomunun kütləsi bir hidrogen atomundan təxminən 16 dəfə çoxdur — çünki su 1 oksigen və 2 hidrogen atomundan ibarətdir. Bu isə Daltonun kəşfinə uyğun idi.

Dalton belə bir nəticəyə gəlmişdi ki, hər bir element unikal hissəciklərdən ibarətdir. Bu hissəciklər (zərrələr) digər atomlarla birləşə bilər və ya kimyəvi reaksiyalar zamanı ayrılaraq yeni birləşmələr əmələ gətirə bilər, lakin onlar özü daha da bölünə, yaradıla və yaxud dağıdıla bilməz.

Lakin, Daltonun fikrincə, maddə molekullar birləşdirildikdə və ayrıldıqda dəyişikliklərə məruz qala bilər. Daltonun modeli bu dəyişiklikləri daha dəqiq izah etməyə imkan verirdi və ilk dəfə olaraq təcrübələr atom nəzəriyyəsini dəstəkləmək üçün istifadə edilirdi.

Qazların bu qədər şəffaf və zahirən maddi olmayan görünməsi bir sıra filosofların onların ümumiyyətlə hər hansı fiziki xüsusiyyətə malik olduğunu başa düşməsinin uzun vaxt almasına səbəb oldu.

Lakin, 17 və 18-ci əsrlərdə Avropalı alimlər tədricən başa düşdülər ki, mayelər və bərk cisimlər kimi, qazların da fiziki xüsusiyyətləri var. Bu alimlər temperatur, təzyiq və qazların həcmi arasında vacib əlaqəni aşkar etdilər. 150 illik bir müddət ərzində üç alimin – ingilis Robert Boyle və fransızlardan Jak Şarl və Josef Qey-Lüssakın – apardığı tədqiqatlar nəticəsində qazların davranışını izah edən qanunlar meydana gəldi.

Havanın təzyiqi

17-ci əsrin əvvəllərində hollandiyalı alim İsaak Beekman su kimi, havanın da təzyiq göstərdiği ideyasını irəli sürdü. Dahi İtalyan alimi Qalileo Qalilei bu fikirlə razılaşmadı, lakin Qalileonun gənc tələbəsi Evanqelista Torriçelli Beekmanın haqlı olduğunu sübut etdi və hətta dünyanın ilk barometrini ixtira etməklə təzyiqin necə ölçüləcəyini göstərdi.

Qalileo hələ daha əvvəl müşahidə etmişdi ki, sifon heç vaxt suyu 10 metrdən yuxarı qaldıra bilməz. O dövrdə vakumlar mayeləri "sovurmaq" kimi qəbul olunurdu və Qalileo düşünürdü ki, bu, vakumun yuxarı çəkə biləcəyi maksimal su çəkisidir. Torriçelli isə göstərdi ki, bu limit əslində çöldə olan havanın dəstəkləyə biləcəyi maksimal sudur.

Bunu sübut etmək üçün Torriçelli bir ucu bağlı şüşə borunu civə ilə doldurdu – bu, sudan xeyli daha sıx bir maye idi – və sonra onu tərsinə çevirdi. Civə bağlı ucdan təxminən 76 sm aşağı düşdü və dayandı. O, belə nəticəyə gəldi ki, bu, çöldəki havanın təzyiqi ilə dəstəklənə biləcək maksimum hündürlükdür. Borudakı civənin hündürlüyü hava təzyiqindəki dəyişikliklərə uyğun olaraq bir qədər dəyişirdi. Buna görə bu cihaz ilk barometr kimi qəbul olunur.

Boyle qanunu

Torricellinin inqilabi ixtirası, qaz qanunlarından birincisi – Boyle qanunu – üçün zəmin yaratdı.

Robert Boyle İrlandiyanın ən varlı şəxsi olan Riçard Boyle-nin (Cork qrafı) kiçik oğlu idi və atasından miras qalan sərvətdən istifadə edərək Oksfordda özəl elmi-tədqiqat laboratoriyası qurdu. O, burada apardığı təcrübələrini "Touching the Spring and Weight of the Air" adlı (1662-ci ildə nəşr olunmuş) kitabında təsvir etmişdi. "Spring" (bulaq) sözü ilə o, təzyiqi nəzərdə tuturdu – sıxılmış havanı itələnəndə geri sıçrayan su kimi təsvir edirdi.

Torriçellinin barometrindən ilhamlanan Boyle civəni alt ucu bağlı J-şəkilli bir şüşəboruya tökür. O, borunun aşağı hissəsində qalmış havanın həcminin civənin miqdarına uyğun dəyişdiyini müşahidə edə bildi. Başqa sözlə, havanın dəstəkləyə biləcəyi civə miqdarı ilə onun həcmi arasında açıq-aşkar əlaqə var idi.

Boyle qanunu təcrübəsi

Boyle iddia etdi ki, qazın həcmi (V) və təzyiqi (P) arasında tərs mütənasiblik var – temperatur sabit qalmaq şərti ilə. Riyazi olaraq bu belə ifadə olunur:

Başqa sözlə, həcmi azaldırsansa, təzyiq artır.

Bəzi insanlar bu mühüm kəşfi Boyle-un dostu Richard Tounleyə və onun dostu, həkim Henry Paurə aid edir. Boyle özü bu ideyanı "Townley hipotezi" adlandırmışdı, lakin ideyanı məhz Boyle məşhurlaşdırmış oldu.

Charles-in isti hava kəşfi

Təxminən bir əsr sonra, fransız alimi Jak Çarl həcmlə təzyiq arasındakı əlaqəyə üçüncü bir element – temperatur – əlavə etdi. Çarl, isti hava ilə doldurulmuş şarlar üzərində ilk təcrübə edənlərdən biri idi. 27 avqust 1783-cü ildə o, Parisdə havadan yüngül olan hidrogenlə doldurulmuş ilk balonu buraxdı.

1787-ci ildə Çarl qazla doldurulmuş konteynerlə təcrübə apardı, burada qaz sərbəst hərəkət edə bilirdi. O, qazı qızdırdı və temperatur artdıqca həcmin necə dəyişdiyini müşahidə edirdi. Temperatur artdıqca qaz genişlənirdi. O müşahidə etdi ki, temperatur hər bir dərəcə artıqca qaz 0°C-dəki həcminin 1/273-i qədər genişlənir.

Əksinə, qaz soyuduqda həcmi eyni sürətlə azalırdı. Qrafikə çəkildikdə, həcmin 0-a endiyi nöqtə −273°C olaraq görünürdü – bu, mütləq sıfır kimi tanınır (Kelvin temperatur şkalası ilə mütləq sıfırı kəşf etdi).

Çarl bu ideyalarını yazıya qoymamışdı. Onlar 1800-cü illərin əvvəllərində fransız alimi Josef Qey-Lüssak tərəfindən qələmə alınaraq izah olundu. Demək olar ki, eyni vaxtda Britaniyalı alim Con Dalton da göstərdi ki, bu qayda bütün qazlara tətbiq oluna bilər.

Qey-Lüssakın kəşfləri

Qey-Lüssak üçüncü qaz qanunu kəşf edir. Onun kəşfinə əsasən, qazın həcmi və kütləsi sabit olarsa, təzyiqi temperatura uyğun olaraq artır. Göründüyü kimi, qazların həcmi, təzyiqi və temperaturu arasında üçtərəfli əlaqə mövcuddur.

Qazların birləşməsi

Qey-Lüssak qazların öyrənilməsinə daha bir vacib töhfə verdi. 1808-ci ildə o, göstərdi ki, qazlar birləşdikdə həcmlə sadə nisbətdə birləşirlər. İki qaz reaksiya verdikdə, əmələ gələn qazın həcmi ilkin qazların həcmlərinə bağlıdır. Belə ki, iki həcmdi hidrogen bir həcmdə oksigenə 2:1 nisbətində birləşərək iki həcmdə su buxarı əmələ gətirir.

Avoqadro nəzəriyyəsi

İki il sonra, Italyan alim Amedeo Avoqadro bu kəşfi sürətlə inkişaf edən atomlar və digər hissəciklər haqqında anlayışlarla əlaqələndirərək izah etdi. O, müəyyən temperatur və təzyiqdə eyni həcmdə bütün qazların eyni sayda "molekul"a malik olduğunu fərz etdi. Həqiqətən də, molekulların sayı həcm ilə tam nisbətdə dəyişir. Bu, Avoqadro fərziyyəsi adlanır və Qey-Lüssakın qazların xüsusi nisbətlərlə birləşməsi kəşfini izah etdi.

Əsas məqam odur ki, Avoqadro fərziyyəsi oksigenin özü-özlüyündə iki atomlu molekullar şəklində mövcud olduğunu göstərirdi və bu molekulların su buxarında olan hidrogenlə birləşməsi üçün parçalanmalı olduğu ortaya çıxırdı – deməli, hər bir su buxarı molekulu üçün eyni sayda hidrogen və oksigen molekulları olmalıdır.

Bu iş atom nəzəriyyəsinin və atomlarla molekullar arasındakı əlaqənin inkişafı üçün mühüm rol oynadı. Həmçinin, Ceyms Klerk Maksvell tərəfindən hazırlanmış qazların kinetik nəzəriyyəsi üçün də əsas idi. Bu nəzəriyyə göstərir ki, qaz hissəcikləri təsadüfi hərəkət edir və toqquşduqda istilik əmələ gətirirlər. Bu isə təzyiq, həcm və temperatur arasındakı əlaqəni izah etməyə kömək edi.

Daxiliyanma mühərrikləri demək olar ki, bütün avtomobillərin ürəyi hesab olunur. Əslində, yalnız avtomobillərin deyil, o, həm də motosikletlərin, teplovoz, təyyarələrin və digər iri nəqliyyat vasitələrini hərəkətə gətirir.

Daxiliyanma mühərriki – elə bir istilik mühhərikdir ki, yanacağın (benzin, dizel, qaz) kimyəvi enerjisini mexaniki işə çevirir. Bu mühərrikdə yanacaq birbaşa silindrdə, mühərrikin içərisində yanır. Mühərrikin adı da elə buradan gəlir.

Tarixi inkişaf

Daxili yanma mühərriki dünya qədər köhnədir. Bu maşının tarixi buxar mühərrikləri, yəni xarici yanma mühərrikləri ilə sıx bağlıdır. 18-ci əsrdə istifadə edilən buxar mühərrikləri həddən artıq aşağı effektivliyə malik idilər, iri həcmli idilər və zəif idilər.

Belə mühərriklərdə yanacağın istiliyindən mayenin qızdırılması üçün istifadə olunurdu, bu da öz növbəsində buxara çevrilir və işləyirdi. Lakin, belə bir sual yaranırdı ki, mühərrikdən kənarda yanacaq yandırmaq nəyə lazımdır, bunu onun içində düzgün etmək daha yaxşı deyilmi?

Daxili yanma mühərriki yaratmaq cəhdləri 17-ci əsrdə başladı. 1678-ci ildə holland riyaziyyatçısı Xristian Huyqens barıtla işləyən primitiv daxili yanma mühərriki yaratdı. İdeya inkişaf etdirildi: müxtəlif ölkələrdə eksperimentçilər oxşar işlərlə məşğul idilər, lakin onların heç də hamısı tarixə düşmədi.

Hazırda daxiliyanma mühərrikinin iki növü mövcuddur: karbüratorlu mühərrik (1876-cı ildə alman mühəndisi Otto Nikolaus (1832–1891) ixtira etmişdir) və dizel mühərriki (1897-ci ildə alman mühəndisi Rudolf Dizel (1858–1913) ixtira etmişdir).

Mühərrik növləri

Karbüratorlu mühərrikdə yanacaq qarışığı (benzinin hava ilə qarışığı) mühərrikdən kənarda yerləşən karbürator adlanan xüsusi qurğuda hazırlanır və oradan mühərrikin silindrinə daxil olur. Dizel mühərrikində isə yanacaq qarışığı birbaşa mühərrikin özündə hazırlanır.

Daxiliyanma mühərrikinin özündən əvvəlki istilik mühərriklərindən başlıca üstünlüyü – nisbətən kiçik ölçü və kütləyə malik olmaqla böyük dartı qüvvəsi yaratmasıdır.

Daxiliyanma mühərrikinin quruluşu

Karbüratorlu daxiliyanma mühərriki aşağıdakı hissələrdən ibarətdir. Yanacaq qarışığı mühərrikin 1 silindrində yanır. Silindrdəki 2 porşeni 3 sürgü qoluna birləşdirilmişdir. Porşenin irəliləmə hərəkəti sürgü qoluna geydirilən 4 çarx qolu vasitəsilə 5 dirsəkli vala fırlanma hərəkəti verir.

Vala isə metaldan hazırlanmış nazimçarx bərkidilir. Porşen yuxarı hərəkət etdikdə o, silindrin qapağına çatmır. Ona görə də silindrin qapağı ilə porşen arasında həmişə boş fəza - 6 yanma kamerası olur. Silindrin qapağı 7 (daxilolma) və 8 (xaricetmə) klapanları ilə təchiz edilmiş iki kanalla əlaqələndirilmişdir.

Daxiliyanma mühərrikinin quruluşu

Dizel mühərriki

Bu mühərrik də dördtaktlıdır. Lakin o, karbüratorlu mühərrikdən onunla fərqlənir ki, birinci taktda silindrə yanacaq qarışığı deyil, təmiz hava sorulur. "Sıxılma" taktında hava sıxılaraq təzyiqi 15-20 dəfə artırır, temperaturu isə 500-600°C-yə qədər yüksəlir.

Bu taktın sonunda silindrə xüsusi nasosla dizel yanacağı püskürülür. Belə sıxılan və yüksək dərəcəyə qədər qızmış havaya püşkündən yanacaq dərhal alışır. Alışma nəticəsində ayrılan qazlar silindrdə 6-9 MPa təzyiq yaradır və temperatur 2000°C -yə qədər yüksəlir.

Genişlənən qaz porşenə böyük qüvvə ilə təsir edərək onu aşağı itələyir - işçi taktı baş verir. Taktın sonunda porşenin altında təzyiq və temperatur yenidən azalır (uyğun olaraq 0,5 MP və 700-900°C). Dördüncü taktda xaricetmə klapanı açılır və porşen yuxarı qalxmaqla işlənmiş qazları atmosferə xaric edir.

İki taktlı mühərrik

Ancaq nəzərə almaq lazımdır ki, iki taktlı mühərrik də var. Onlar bir az fərqli işləyir və adətən motorlu nəqliyyat vasitələrində və zəncir mişarları kimi benzinlə işləyən alətlərdə istifadə olunur. Onlarda nə baş verir?

Porşen aşağıdan yuxarıya doğru hərəkət etdikdə yanacaq yanma kamerasına daxil olur. Porşen tərəfindən sıxılmış yanacaq-hava qarışığı bir qığılcımla alovlanır.

Qarışıq alovlanır və porşen aşağı düşür. Buraxılış kollektoruna giriş açılır və yanma məhsulları silindrdən çıxır.

Müasir tətbiqlər və gələcək

Daxili yanma mühərriki hətta kosmosda da işləyə bilər. Bunun üçün yalnız yanacaq-hava qarışığı yaratmaq üçün oksigen təmin etməkdir. Bu sadə şərt yerinə yetirilərsə, daxili yanma mühərriki hətta suyun altında da işə düşə və işləyə bilər.

Müasir daxiliyanma mühərrikləri istifadə olunan yanacağa görə adətən iki əsas növə bölünür - benzin və dizel. Bununla belə, daxiliyanma mühərriklərinin yaradılması tarixi göstərir ki, bu cür mühərriklərdə bir çox yanacaq növlərini yandırıla bilər. Benzin və dizelin ən çox yayılmış alternativləri propan-butan və metandır.

Atomun quruluşu və elektrik yükü

Elektrik qüvvəsi