Issiqligini aniqlash

LABORATORIYA ISHI №5
SUV BUG‘LARI HOSIL BO‘LISHINING YASHIRIN
ISSIQLIGINI ANIQLASH

Ishning maqsadi: Sovuq suv va bug‘ aralashmasining temperaturasini t_n aniqlash, suv bug‘lari hosil bo‘lishining yashirin issiqligini aniqlash hamda bug‘-suv- kalorimetr sistemasi uchun issiqlik balans tenglamasini tuzish.
Kerakli asboblar: kalorimetr, o‘quv laboratoriya tarozisi, termometr (-10° dan + 110 °C gacha) yoki NiCr-Ni tipli temperatura datchigi, raqamli termometr, bug‘ generator (550 W/230 V), suvni ajratgich, ichki diametri 7 x 1.5 mm, 1 m bo‘lgan silikon trubkalar, mustahkam shishadan tayyorlangan, hajmi 400 ml bo‘lgan menzurka, V shaklidagi shtativ asosi, uzunligi 47 sm bo‘lgan shtativ ustun, multi qisgichlar Leybold, diametri 0÷80 mm bo‘lgan universal qisgichlar.

Nazariy qism

Ma’lumki, moddalar asosan uch agregat holatda (qattiq, suyuq va gazsimon) bo‘lishi mumkin. Moddaning qaysi holatda bo‘lishi uni tashkil etgan zarrachalarning kinetik va potensial energiyalari nisbatiga bog‘liq. Qattiq jismlarda molekulalarning potensial energiyasi ularning kinetik energiyasidan judakattabo‘ladi, ya’ni E_p≫ E_k, suyuqliklarda va gazlarda esa E_p≪ E_k bo‘ladi.
O‘zgarmas bosimda moddaga issiqlik miqdori berilsa, odatda moddaning temperaturasi oshadi. Ammo, agar fazaviy o‘tish mavjud bo‘lsa, moddaning temperaturasi oshmaydi, chunki uzatilayotgan issiqlik fazaviy o‘tishga sarf bo‘ladi. Agar issiqlik uzatish jarayoni fazaviy o‘tishdan keyin ham davom etsa, moddaning temperaturasi yana orta boshlaydi. Masalan, suvning bug‘lanishi suyuq-bug’lanish fazaviy o‘tishning yaqqol misolihisoblanadi.
Suyuqlik molekulalarining o‘rtacha kinetik energiyasi temperatura ko‘tarilishi bilan oshadi. Unchalik yuqori bo‘lmagan temperaturalarda ham ba’zi molekulalarning kinetik energiyasi boshqa molekulalarning tortish kuchini yengib, suyuqlik sirtidan chiqib ketishi uchun yetarli bo‘ladi. Bunday hodisa bug‘lanish deb ataladi. Katta kinetik energiyaga ega bo‘lgan molekulalarning chiqib ketishi suyuqlik ichki energiyasining kamayishiga olib keladi. Natijada bug‘lanish jarayonida suyuqlik sovuydi. Bug‘lanishga teskari bo‘lgan hodisa, ya’ni bug‘ molekulalarining suyuqlikka aylanish jarayoniga kondensatsiya deyiladi. Bug‘lanish uchun qancha issiqlik sarflangan bo‘lsa, kondensasiya jarayonida shuncha issiqlik ajralib chiqadi. Suyuqlik molekulalar ma’lum bir kinetik energiyaga erishganda butun hajm bo‘ylab bug‘lana boshlaydi. Bunday jarayonga qaynash deyiladi. Qaynash temperaturasidagi har xil suyuqlikka bir xil issiqlik energiyasi berilganda, har xil miqdordagi suyuqlikbug‘lari hosil bo‘ladi. Bunday bug‘lanish xususiyatlari solishtirma bug‘lanish issiqligi yordamidaxarakterlanadi.
Qaynash temperaturasidagi 1 kg suyuqlikni to‘la bug‘ holatiga o‘tkazish uchun kerak bo‘ladigan issiqlik miqdoriga solishtirma bug‘lanish issiqligi deyiladi.
(1)
Solishtirma bug‘lanish issiqligi moddaning turiga, ya’ni modda molekulalarining o‘zaro ta’sir kuchlariga bog‘liq bo‘lib, tashqi bosim ortishi bilan ortadi.
Ushbu tajribada suv bug‘lari hosil bo‘lishning yashirin issiqligini λ (solishtirma bug‘lanish issiqligini) quvurdan kalorimetrga orqali aniqlanadi.

1-rasm. Suv bug’lari hosil bo’lishining yashirin issiqligini aniqlash uchun mo’ljallangan tajriba qurilmasi: chap tarafdagi temperatura termometr yordamida o’lchanadi, o’ng tarafdagida esa temperatura temperatura datchigi yordamida o’lchanadi.
Bug‘ sovuq suvga uzatiladi va termodinamik muvozanat yuzaga keladi. Termodinamik muvozanat yuzaga kelishi uchun bug‘ dastlab qaynoq suvga aylanadi hamda t_ntemperaturagacha sovuydi. Bunda bug‘dan ajralib chiqqanissiqlik miqdori sovuq suv va kalorimetrni t_n temperaturgacha qizdirish uchun sarflanadi. Natijada t_n temperaturaliaralashma hosil bo‘ladi.
Bu jarayonda bug‘ning kondensatsiyalanishida ajralib chiqqan Q₁ issiqlik miqdori va t_n temperaturagacha sovushda ajralib chiqqan Q₂ issiqlik miqdori quyidagiga teng bo‘ladi:
(1)
(2)
bu yerda 𝑚_b-kondensatsiyalangan bug‘ning massasi, c-suvning solishtirma issiqlik sig‘imi, ^t2- suvning qaynash temperaturasi, ^tn- aralashma temperaturasi.
Bu jarayonda sovuq suv va kalorimetr yutgan issiqlik miqdori Q₃ esa quyidagiga teng bo‘ladi:
(4)

bu yerda m – sovuq suvning massasi, c_k- kalorimetr materialining solishtirma issiqlik sig‘imi, m_k– kalorimetr massasi, t₁– sovuq suvning dastlabki temperaturasi.

Issiqlik balans tenglamasiga asosan ajralib chiqqan issiqlik miqdorlari yig‘indisi va yutilgan issiqlik miqdori ^Q3 o‘zaro teng bo‘ladi, ya’ni:


(5)
yoki


(6)

(6) ifodadan solishtirma bug‘lanish issiqligi ni topamiz,

(7)
Tajribada (7) ifoda yordamida suv bug‘ining solishtirma bug‘lanish issiqligi hisoblanadi.

Tajriba qurilmasi

Tajriba qurilmasi 1-rasmda keltirilgan. Tajriba o‘tkazish vaqtida kalorimetr o‘quv laboratoriya tarozisining pallasida joylashgan bo‘lishi kerak.

• 
  termometrni yoki NiCr-Ni tipli temperatura datchigini o‘rnating;
  
• 
  2 sm balandlikkacha bug‘ generatoriga distillangan suv soling va qopqoqni berkiting. Shundan so‘ng qisma vositani tartib va ehtiyotlik bilan mahkamlang.
  
• 
  Bug‘ trubkasining kirishini suv ajratgichga shunday siljitingki, pastki stoporgacha bo‘lgan masofa yuqorigi stoporgacha bo‘lgan masofadan katta bo‘lsin. Bug‘ trubkasining chiqishini u yuqorigi stoporgacha yetmaguncha siljiting.
  
• 
  Silikon quvurlardan bug‘ trubkasini chiqishi bilan bug‘ generatorini va bug‘ trubkasining kirishi bilan suv ajratuvchi separatorni biriktirish uchun foydalaning. Hozircha suv ajratgichni o‘rnatmang.
  

Ishning bajarilish tartibi

1. 
   Bo‘sh kalorimetr massasini o‘lchang.
   
2. 
   Kalorimetrga taxminan 140 g distillangan sovuq suv soling va uning massasini m hamda temperaturasinit₁o‘lchang.
   
3. 
   Suv ajratgichni shunday o‘rnatingki, bug‘ trubkasining chiqishi kalorimetr tubining o‘rtasidan 1 sm yuqorida joylashsin. Zaruriyat tug‘ilganda uni silikon quvur qisqa bo‘lagi bilan tortish mumkin.
   
4. 
   Qurilmaning umumiy massasini aniqlang.
   
5. 
   Bug‘ni quvur orqali idishga uzatish:
   

• 
  Suv ajratgichni menzurkaga joylashtiring va silikon quvurlar yaxshi qotirilganiga amin bo‘ling.
  
• 
  Bug‘generatorini elektr tarmoqqa ulang hamda bug‘ chiqishini kuting.
  

6. 
   Suv ajratgichni kalorimetrning tepasiga o‘rnating va yana bir bor to‘liq massaning ortishini va temperaturaning ko‘tarilishini kuzating. To‘liq massa taxminan 5-15 g ortgandan keyin, bug‘ generatori o‘chiriladi va tezda aralashmaning temperaturasi t_n aniqlanadi.
   
7. 
   Olingan natijalar yordamida quyidagi jadvalni to‘ldiring.