Gazlarda diffuziya hodisasi

Gazlarda diffuziya hodisasi

Sistemaning holatini belgilovchi makroskopik kattaliklarning qiymatlari o’zgarmasa sistema termodinamik muvozanatda bo’ladi. Agar sistema muvozanat holatdan chiqarilgan, lekin o’z holicha qoldirilgan bo’lsa, mazkur siste­mada shunday protsesslar amalga oshadiki, natijada sistema muaozanat holatiga qaytadi.

Sistemaning termo­dinamik muvozanat holatiga o’z-o’zicha o’tish protsessini relaksatsiya deb, bunday o’tishga sarflanadigan vaqtni esa relaksatsiya vaqti deb ataladi.
Termodinamik mu­vozanat holatining qaror topishida ko’chish hodisalari muhim rol o’ynaydi. Ko’chish hodisalariga mansub bo’lgan hodisalardan biri diffuziyadir.
Bir-biriga chegaradosh bo’lgan gazlar molekulalarining issiqlik harakat tufayli o’zaro aralashib ketish protsessi diffuziya deb ataladi.
Masalan biror hajmning ikki qismida turli gazlar joylashgan bo’lsa yoki ayni bir gazning kontsentratsiyalari turlicha bo’lsa, issiqlik harakati tufayli biror vaqtdan so’ng hajmning barcha sohalaridagi molekulalar kontsentratsiyasi tenglashib qoladi.
Molekulalar kontsentratsiyasi (n) va gaz zichligi ( ) qo’yidagi munosabat orqali bog’langan:
(13.1)
Binobarin, diffuziya hodisasi tufayli hajmning turli qismlarida gaz zichligi tenglashadi.
Tajribalarning ko’rsatishicha, gaz zichligining o’zgarish yo’nalishiga perpendikulyar ravishda joylashtirilgan yuzli sirt orqali (13.1- rasm.) diffuziya hodisasi tufayli vaqt davomida ko’chadigan gaz massasi


(13.2)

ifoda bilan aniqlanishi mumkin. Bu fik qonuninini ifodalovchi tenglama bo’lib hisoblanadi. Bundagi minus ishora gaz massasi zichlik kamroq bo’lgan tomonga ko’chishini ko’rsatadi. -zichlik gradienti deb ataladi, u gaz zichli­gining biror yo’nalish bo’yicha o’zgarish jadalligini xarakterlaydi va larda o’lchanadi. D -difuziya koeffyenti, u gazlar xossasiga va diffuziya amalga oshayotgan sharoitga bog’liq. (13.2) munosabatdan

(13.3)
Diffuziya koeffitsienta zichlik gradienti 1 birlikka teng bo’lgan holda birlik yuz orqali birlik vaqtda ko’chadigan gaz massasiga miqdoran teng bo’lgan kattalikdir.
(13.3) munosabatdan foydalanib diffuziya koeffitsentining o’lchov birligi

degan xulosaga kelamiz.

Diffuziya hodisasini molekulyar kinetik nazariya asosida tahlil qilaylik. Bir-birini ichiga kirib borayotgan ikki gaz molekulalarining massalari, o’rtacha tezliklari va effektiv kesimlari aynan birday bo’lsin. U holda (13.3) munosabatga asosan, ikkala gaz molekulalarining erkin yugurish o’rtacha masofalari ham birday bo’ladi. yuzni ОХ o’qqa perpendikulyar qilib (ya‘ni YOZ tekisligida) joylashtiraylik. Natijada mazkur yuz orqali kuchayotgan gaz massasini hisoblash uchun yuz orqali ОХ o’q yo’nalishida va unga teskari yo’nalishda o’tadigan molekulalar massalarining farqini topish kerak. Tabiiyki, yuz orqali o’tadigan molekulalar undan uzog’i bilan qadar masofada joylashgan bo’lishi lozim. dan uzoqroqdagi molekulalar esa ОХ ga parallel ravishda hapakatlanib yuzaga yetib kelguncha yo’lda boshqa molekula­lar bilan тœšнашиб chetga og’adi. yuzadan chap va o’ng tomonda qadar uzoqlikdagi sohalarda molekulalar kontsentratsiyasi mos ravishda n₁ va n₂ bo’lsin. Moleku­lalar kontsentratsiyasi ОХ yo’nalishida tekis kamayib borganligi uchun molekulalar kodtsengratsiyasining gradienti ham OX o’q yo’nalishiga mos bo’ladi. Shu sababli, n₁ va n₂ larning qiymatlarini qo’yidagicha ifodalash mumkin:
, (13.4)

Bu ifodalarda n orqali S yuz sohasidagi molekulalar kontsentratsiyasini belgiladik.

Molekulalar harakati xaotik bo’lganligi uchun barcha molekulalarning 1/6 qismi ОХ ga parallel ravishda harakatlanadi. qismi esa ОХ ga teskari yo’nalishda harakatlanadi. Binobarin, yuz orqali vaqt davomida ОХ molekulalarning umumiy massasi

bo’ladi. Xuddi shu vaqt davomida ОХ ga teskari yo’nalishda S yuz orqali o’tgan molekulalarning umumiy massasi

bo’ladi. Bu ikki ifodaning ayirmasi diffuziya xodisasi tufayli S yuz orqali vaqt davomida ko’chib o’tgan gaz massasini aniqlaydi:

(13.5)
Bundan

ekanini e‘tiborga olsak, (13.5) ifoda qo’yidagi ko’rinishga keladi

(13.6)

Mazkur kfodani tajribalar asosida aniqlangan Fik qonunining ifodasi (13.2) bilan taqqoslab gazlardagi diffuziya koeffitsientining qiymati uchun

(13.7)

munosabatni hosil qilamiz.

SHunday qilib diffuziya koeffitsienti molekulalarning o’rtacha kvadratik tezligi va o’rtacha yugurish masofasiga bog’liq ekan.
Agar ekanligini hisobga olsak diffuziya koeffitsientining ifodasi qo’yidagi ko’rinishga keladi:


(13.8)

Demak, muayyan temperaturada diffuziya koefftsenti gaz bosimiga teskari proprtsional bo’ladi.

O’zaro diffuziyalashadigan gazlar molekulalari bir-biridan farqlanadigan hollarda Fik qonuni murakkabroq ko’rinishga ega bo’ladi, lekin hodisaning xarakteri yuqorida bayon etilgandek bo’laveradi.