Manfiy bosim va suv kogeziyasi

Bug’lanish, bug’ bosimi va qaynash
Agar stakangan suv solib qo’ysak, qandaydir vaqt o’tganida undagi suv sathining kamayganini sezamiz. Bunda biz suaning qanchadir miqdorini bug’ga aylanganini yoki gaz xolatga o’tganini nazarda tutib, u bug’landi deymiz.
Bug’lanish jarayonini kinetik nazariya doirasida tushuntirish mumkin. Suyuqlik molekulalari taxminan Maksvell taqsimotiga bo’ysunuvchi turli tezliklarda harakatlanadi. Bu molekulalar o’rtasida ularni suyuq xolatda ushlab turuvchi kattagina tortishish kuchi mavjud. Suyuqlikning yuqori qatlamlaridagi molekulalar o’zlarining tezliklari tufayli bir qancha vaqtga suyuqlikni tark etishi mumkin. Boshqa molekulalarning tortishish kuchlari bu “qochib ketgan” molekulani yana suyuqlik sirtiga qaytarishi mumkin (bunda molekula tezligi uncha katta bo’lmasa). Agar molekulalar yetarlicha katta tezlikka ega bo’lsa, ular suyuqlikdan butunlay ajrab, gaz fazaning bir qismi bo’lib qoladi. Kinetik energiyasi ayrim qiymatdan katta bo’lgan molekulalargina gaz xolatga o’ishi mumkin. Kinetik nazariyaga binoan, ayrim aniq qiymat (Ek kabi) dan katta kinetik energiyaga ega molekulalar soni temperatura oshishi bilan oshadi (1-rasm).

1-rasm. Ikkita turlicha temperaturalar uchun molekulalar tezliklari taqsi-moti.	2-rasm. Yopiq idishda suyuqlik ustida bug’ xosil bo’ladi.	3-rasm Qaynash

Bu yuqoriroq temperaturalarda bug’lanish tezligi kattaligini kuzatishlar bilan yaxshi mos keladi. Eng katta tezlikli molekulalar suyuqlik sirtini tark etganligidan qolgan molekulalarning o’rtacha tezligi kamayadi. Agar o’rtacha tezlik kamaysa, absolyut temperatura ham pasayadi. SHunday qilib, bug’lanish sovush jarayonini ifoda etadi.

Odatda xavoda suv bug’lari bo’ladi, ular xavoga asosan bug’lanish tufayli tushib qoladi. Bu jarayonni yaxshiroq o’rganish uchun qismat suv (ixtiyoriy suyuqlik) bilan to’ldirilgan, xavosi chiqarib yuborilgan yopiq idishni ko’rib chiqamiz (2-rasm). Eng katta tezlikka ega bo’lgan molekulalar suyuqlik ustidagi fazoga bug’lanadi. Ular suyuqlik sirti yaqinida harakatlanganidan ularning ayrimlari suyuqlik biln to’qnashib, unga, ya`ni suyuq xolatga qaytadi. Bu jarayon kondensatsiya deb ataladi. Bug’ molekulalarining soni bir vaqtning o’zida suyuqlikni tark etayotgan molekulalarning soni unga qaytib tushayotgan molekulalarning soniga teng bo’lib qolguniga qadar oshadi. Bunda muvozanat qaror topadi va biz suyuqlik ustidagi fazo to’yingan deymiz. Bug’ bosimi (agar u to’yingan bo’lsa) to’yingan bug’ bosimi (yoki oddiy bug’ bosimi) deyiladi. To’yingan bug’ bosimi idish xajmiga bog’liq emas. Agar biz suyuqlik ustidagi xajmni kamaytirsak, gaz xolatdagi molekulalarning zichligi oshardi. Bunda birlik vaqtda suv sirtidan ko’proq molekulalar to’qnashar edi. Suyuq fazaga qaytayotgan natijaviy molekulalar oqimi yuzaga kelar edi. Bu oqim yana to’yingan bug’ bosimida yuzaga keluvchi muvozanat qaror topguniga qadar mavjud bo’ladi. Ixtiyoriy moddaning to’yingan bug’ bosimi temperaturaga bog’liqdir. YUqoriroq temperaturalarda suyuqlik sirtidan gazsimon xolatga o’tish uchun yetarli bo’lgan kinetik energiyaga ko’proq molekulalar ega bo’ladilar. Bunda muvozanat xolatiga yuqoriroq bosimda erishiladi. 1-jadvalda turli temperaturalarda suvning to’yingan bug’i bosimining qiymatlari keltirilgan. Xattoki qattiq jismlar
( masalan muz) to’yingan bug’ning ma`lum bosimiga ega. Kundalik xayotimizda suyuqlikning bug’lanishi vakuumga emas, suyuqlik ustidagi xavoga tomon yuz beradi. Bu 2-rasmga nisbatan qilingan mulohazalarni o’zgartirmaydi.Muvozanat xolati avvalgidek, molekulalarning yetarlicha soni gaz xolatga o’tganida va suyuqlikka qaytayotgan molekulalarning soni suyuqlikni tark etayotgan molekulalar soniga teng bo’lganida qaror topadi. Bu son xavoning mavjudligiga bog’liq emas, biroq xavoning molekulalari bilan to’qnashish muvozanat qaror topish vaqtini uzaytiradi.

SHunday qilib, muvozanat xavo mavjud bo’lmagandagi to’yingan bug’ bosimi qiymatiga teng qiymatda yuzaga keladi. Agar idish yetarlicha katta bo’lsa, to’yinish sodir bo’lgunicha butun suyuqlik bug’lanib ketadi. Agar idish izolyatsiyalanmagan (uyimizdagi xona) bo’lsa, xavo suv bug’lari bilan to’yinadi. To’yingan bug’ bosimi temperatura oshishi bilan oshadi. Temperatura to’yingan bug’ bosimi tashqi bosimga teng bo’lgan nuqtaga erishganida qaynash jarayoni yuz beradi. Qaynash nuqtasiga erishilganida suyuqlikda moddaning suyuq xolatdan gaz xolatga o’tishini ko’rsatuvchi kichkina pufakchalar xosil bo’la boshlaydi. Biroq, pufakcha ichidagi bug’ bosimi tashqi bosimdan kichik bo’lsa, pufakchalar bir zumda yorilib ketadi. Temperatura oshishi bilan pufakcha ichidagi to’yingan bug’ bosimi tashqi bosimga teng bo’ladi va undan oshadi. Bunda pufakcha yo’qolmay, aksincha kattalasha boradi va suyuqlik sirtiga ko’tariladi. Bu qaynashning boshlanishi. Suyuqlik uning to’yinshgan bug’i bosimi tashqi bosimga teng bo’lganida qaynaydi 1atm.(760 mm.sim.ust.) bosim ostida bo’lgan suvning qaynashi 100 °C da yuz beradi. Albatta, bu suvning qaynash temperaturasi tashqi bosimga bog’liqdir. Katta balandliklarda dengiz sathidagiga qaraganda ancha past temperaturalarda qaynaydi. Unday balandliklarda qaynatish orqali ovqat pishirish ko’proq vaqtni talab etadi, chunki u yerda qaynash temperaturasi past.

Molekulalarning suyuqlik tashqarisiga chiqishi uchun ular suyuqlikda qoluvchi molekulalar torti-shish kuchini yengishi, ya`ni bu kuchlarga qarshi ish bajarishi kerak. Bundan tashqari modda suyuq holatdan gaz holatga o‘tishda o‘z hajmini o‘zgartirishi uchun tashqi bosimga qarshi ham ish bajarishi kerak. Bu ishlar molekulalar issiqlik harakatining kinetik energiyasi hisobiga bajariladi.

Bunday ishni bajarishga hamma molekulalar ham qodir bo‘lavermaydi, ularning faqat yyetarlicha katta kinetik energiyaga ega bo‘lgan qismigina bunday ishni bajarishi mumkin. Shuning uchun bug‘lanish suyuqlikdagi tez molekulalar sonining kamayishiga, ya`ni uning sovishiga olib keladi. Tez bug‘lanuvchan suyuqlik masalan, efir bilan ho‘llangan terining tez sovishi ana shu effektning natijasidir. Demak, suyuqlikni uning temperaturasini o‘zgartirmagan holda bug‘lantirish uchun unga issiqlik berish kerak.
Ma`lum suyuqlik miqdorini izotermik bug‘lantirish uchun kerak bo‘ladigan issiqlik miqdori Q ga bug‘lanishning yashirin issiqligi deyiladi. Suyuqlikning massa birligiga to‘g‘ri keluvchi yashirin bug‘lanish issiqligi solishtirma bug‘lanish issiqligi deb ataladi.
Bug‘lanish issiqligi suyuqlik molekulalari orasidagi bog‘lanish kuchlarining miqdoriy tavsifidir. Bu kuchlar qancha katta bo‘lsa, bug‘lanishning yashirin issiqligi ham shuncha katta bo‘ladi.
Suyuqlikning qaynashi uning butun hajmi bo‘ylab bug‘lanish jarayoni bo‘lib, bu hodisa suyuqlikning keskin holda bug‘ pufakchalari hosil qilib, ularning suyuqlik sirti orqali tashqariga chiqib yorilishi tarzida ro‘y beradi. Suyuqlikning qaynash temperaturasi tashqi bosimga bog‘liq. Buni quyidagicha tushuntirish mumkin.
Faraz qilaylik: biror sababga ko‘ra, suyuqlikda gaz pufakchasi paydo bo‘lgan bo‘lsin. Bu pufakcha darhol suyuqlikning to‘yingan bug‘i bilan to‘ladi. Ma`lumki, to‘yingan bug‘ning bosimi temperaturaga bog‘liq. Agar suyuqlikning temperaturasi shunday bo‘lsaki, bunda pufakcha ichidagi to‘yingan bug‘ bosimi suyuqlik ustidagi tashqi bosimdan kichik bo‘lsa, u holda pufakcha kattalashmaydi. Temperatura orta borib, pufakcha ichidagi suyuqlik to‘yingan bug‘lari bosimi tashqi bosimga tenglashadigan qiymatiga yetganida pufakcha kattalasha boshlaydi va Arximed kuchi ta`sirida yuqoriga ko‘tarilib, suyuqlik sirtida yoriladi.
Tashqi bosim kamayishi bilan qaynash harorati pasayadi, bosim ortishi bilan esa qaynash harorati ko‘tariladi. Bosimnin pasayishi orqali suyuqlikning kamayishini quyudagi tajribada ko‘rsatish mumkin. Stakanga suv quyib, unga termometr tushiriladi. Suvli stakanni vacuum qurilmasidagi qalpoqcha ostiga qo‘yib, nasos ishga tushiriladi. Qalpoqcha ostidagi bosim etarlicha pacayganda stakandagi suv qaynay boshlaydi. Suvning energiyasi bug‘ hosil bo‘lishiga sarf bo‘lishi tufayli, uning qaynashi natijasida stakandagi suvning harorati pasayadi va nasos yaxshi ishlasa, nihoyat, suv muzlaydi.
Suyuqlikning normal atmosfera bosimidagi qaynash harorati qaynash nuqtasi deyiladi.
Qaynash jarayoni suyuqlikdagi erigan gazning mavjudligi bilan uzviy bog‘liqdir.Agar suyuqlikdan unda erigan gazni chiqarib yuborilsa, masalan, uzoq vaqt qaynatib shu suyuqlikni qaynash haroratidan yuqori haroratgacha qizdirish mumkin. Bunday suyuqliklar o‘ta qizigan suyuqlik deyiladi.
Bug‘ hosil qiluvchi markaz vazifasini bajara oluvchi bug‘ning mayda pufakchalarini hosil qiluvchi gaz pufakchalari bo‘la olmaydi, chunki kichik radiusli pufakchalarda katta laplas bosimi hosil bo‘lib, ularni hosil bo‘lishiga to‘sqinlik qiladi. Shu bilan suyuqlikning qizishi tushuntiriladi. Qachondir u qaynaganda, qaynash juda kuchli bo‘ladi.
Suyuqlikning qaynash haroratigacha isitish uchun zarur bo‘lgan issiqlik miqdori Q_c quyidagi formuladan topiladi:

Bu yerda: m-suyuqlikning massasi, C_c-uning solishtirma issiqlik sig‘imi.
O‘zgarmas haroratda suyuqlikni bug‘ga aylanishi uchun zarur bo‘lgan issiqlik miqdori Q _b quyidagi formula bo‘yicha hisoblanadi:

Demak, umumiy issiqlik miqdori quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:

Moddaning solishtirma bug‘lanish issiqligi r tajriba orqali issiqlikning balans tenglamasi yordamida topiladi. Bu qanday bajarilishini r ni suv uchun aniqlash misolida ko‘rib chiqamiz. Buning uchun T₁ haroratli suv solingan kalorimetr olamiz. Qaynatgichdan harorati T_q=373K bo‘lgan bug‘ nay orqali sovuq suvli kalorimetrga keltiriladi va bu yerda bug‘ kondensasiyalanadi. Bir qancha vaqt o‘tgandan so‘ng bug‘ keluvchi nay kalorimetrdan olinadi va oxirgi harorat o‘lchanadi, so‘ngra tarozida tortib suvga aylangan bug‘ning massasi aniqlanadi va issiqlikning balans tenglamasi tuziladi.
Bu tajribada kalorimetr va undagi sovuq suv issiqlik oladi.

Kondensasiyalanganda bug‘ issiqlik beradi va undan hosil bo‘lgab suv T_q dan gacha sovushda issiqlik chiqaradi:



ni olamiz. Bu tenglamadan r ning son qiymati hisoblab topiladi.
Suvni bug‘ga aylantirish uchun ko‘p energiya sarflanadi, shuning uchun suv bug‘ining sovushi va kondensasiyalanishida ham ko‘p ko‘p issiqlik chiqishi va katta ish bajarishi mumkin.
Qozonlarda hosil qilingan suv bug‘larini maxsus qurilmalar yordamida yuqori haroratgacha qizdirib, so‘ngra bug‘ turbinalariga yuboriladi. Bunday bug‘larni quruq yoki o‘ta qizigan bug‘lar deyiladi. Bunda harorat bilan birga bug‘ bosimi ham ortadi, shu sababli o‘ta qizigan bug‘larni yuqori bosimli bug‘ ham deyiladi.
Bug‘ni suyuqlikka aylantirish uchun bosimni orttirish va haroratni pasaytirish zarur. Har bir suyuqlik uchun uning bug‘I orasidagi har qanday farqning yoqolishi mumkin bo‘lgan harorat mavjud. Buni 1861 yilda rus olimi D.I.Mendeleyev aniqladi. U buni “absolyut qaynash harorati”deb atadi. Ingliz olimi Endryus bug‘ning suyuqlikka aulanish jarayonini va aksincha bo‘lgan holni turli bosimlarda tekshirdi va haqiqatda shunday harorat borligini tasdiqladi va uni kritik harorat deb atadi.
Suyuqlik bug‘i bilan uning to‘yingan bug‘i zichligi bir xil qiymatga ega bo‘lgandagi harorat moddaning kritik harorati deb ataladi.
Biror moddaning kritik haroratidagi to‘yintiruvchi bug‘I bosimiga kritik bosim deyiladi. U bu modda to‘yintiruvchi bug‘ining eng katta bosimidir.
Agar modda kritik haroratida va kritik bosimda turgan bo‘lsa, uning bunday holati kritik holat deyiladi. Moddaning kritik holatda egallagan hajmi kritik hajm deyiladi. Bu hajm suyuq holatda modda massasining egallashi mumkin bo‘lgan eng katta hajmi xisoblanadi. Kritik harorat, kritik bosim va kritik hajmning bir mol modda uchun qiymatlari moddaning kritik parametrlari deyiladi.
Harorati kritik haroratdan yuqori bo‘lgan gazsimon holatdagi modda gaz deyiladi. Harorati kritik haroratdan past bo‘lgan gazsimon modda bug‘ deyiladi.

Namlik
Ob-xavoning quruq yoki namligi haqida gapirganimizda xavodagi bug’ miqdori nazarda tutiladi. Buni miqdoriy aniqlash uchun biz partsial bosim tushunchasini kiritamiz. Suvning partsial bosimi noldan berilgan temperaturada suvning to’yingan bug’i bosimiga teng bo’lgan maksimal qiymatgacha o’zgarishi mumkin. SHunday, 20 °C temperaturada partsial bosim 17,5 mm sim. ust. dan katta bo’la olmaydi. Nisbiy namlik suv bug’lari partsial bosimining shu temperaturadagi to’yingan suv bug’i bosimiga nisbati bilan aniqlanadi. Odatda u foizlarda ifodalanadi:

Shunday qilib, namlik 100% ga yaqin bo’lganida xavoda unda bo’lishi mumkin bo’lgan suv bug’ining hammasi bo’ladi. 40-50% nisbiy namli odatda sog’liq va qulaylik uchun optimal xisoblanadi. YUqori namlikda, ayniqsa issiq kunlarda teri sirtidan namlikning bug’lanishi kamayadi, bu bug’lanish esatana temperaturasini boshqarishning muhimi biologik mexanizmlaridan biridir. Aksincha, juda past namlik teri va yallig’ qobiqni quritadi. Mos namlikni ushlab turish kartinalarni, magnitafon lentalarini, kitoblar va shu kabi namlikka sezgir predmetlarni buzulishidan saqlash uchun muhimdir. SHunday qilib, turar joylarda xavoni isitish va sovutish qurilmalarini loyihalashda isitish va sovutishnigina emas, nisbiy namlikni zarur sathda ushlab turishni ham xisobga olish kerak. Xavodagi suvning partsial bosimi shu temperaturadagi to’yingan bug’ning bosimiga teng bo’lganida xavo suv bug’lari bilan to’yingan bo’ladi. Agar suvning partsial bosimi to’yingan bug’ bosimidan katta bo’lsa, xavo o’ta to’yingan deyiladi. Bunday xolat temperaturaning keskin tushishida yuz beradi. Masalan, aytaylik, temperatura 30 °C ga teng, suvning partsial bosimi 66% namlikni beruvchi 21 mm.sim.ust. ga teng bo’lsin. Endi temperatura 20 °C gacha tushdi deylik. Bu temperaturad suvning to’yingan bug’i bosimi 17,5 mm.sim.ust. ga teng. Nisbiy namlik 100% dan katta bo’lib qoladi va o’ta to’yingan xavo bunday miqdordagi suvdan tashkil topa olmaydi. Ortiqcha suv kondensatsiyalanib, shudring kabi tushadi. Bu jarayon tuman, bulut va yomg’ir xosil bo’lishining asosidir. Ushbu miqdorda suvi bor xavo sovutilsa, tempetarura suvning partsial bosimi to’yingan bug’ bosimiga teng bo’lgan nuqtasiga yetadi. Bu nuqta shudring nuqtasi deyiladi. SHudring nuqtasini o’lchashnisbiy namlikni aniqlashning eng aniq usulidir. Usullardan birida xavo bilan kontaktda bo’lgan silliqlangan metall sitr qo’llaniladi va u sekin-asta sovutiladi. Metall sirtda namlik xosil qiluvchi xavoning temperaturasi shudring nuqtasidir. Bunda suvning partsial bosimini to’yingan bug’ bosimi uchun jadvaldan olinadi. Agar, masalan, xavo temperaturasi 20 °C, shudring nuqtasi esa 5°C bo’lsa, u xolda suvning partsial bosimi dastlabki xavoda 6,54 mm.sim.ust. ga teng bo’lib, bunda to’yingan buh bosimi 17,5 mm.sim.ust. ga tengdir. Bunda nisbiy namlik 6,54/17,5 = 37% ga teng bo’ladi.

Nisbiy namlikni aniqlashning eng qulay, biroq kamroq aniqlikdagi usuli ikkita termometr qo’llaniladigan quruq va nam sharlar usulidir. Termometrlardan birining sharigi maxsus qoplama bilan qoplangan va nam xolatda ushlanadi. Asbob xavoda osib qo’yiladi. Namlik qancha past bo’lsa, nam termometr sirtidan bug’lanish ko’proq yuz beradi. Bunda uning ko’rsatayotgan temperaturasi pasayadi. Nam va quruq termometrlar ko’rsatgichlarini taqqoslashlar maxsus jadval bilan bajarilib, nisbiy namlik qiymati olinadi.