Mavzu: Diffuzya,issiqlik o’tkazuvchanlik va qovushqoqlik, fazaviy o’tishlar. Reja

KONVEKTSIYA ISSIQLIK TURLARI issiqlik o'tkazuvchanligi va molekulalar harakati (tarqatish) o'rta: asosan gazlar va suyuqliklar uchun tabiiy konvektsiya, ikki komponentdan iborat. quyidagicha harakat konveksiya mexanizmi hisoblanadi: suyuq modda molekulalari harorat oshishi fazoviy cheklovlar modda hajmi ortadi yo'qligida uning harakatini va yanada faol boshlanadi. Bu jarayonda bir imkoniyat bir moddaning zichligi va uning yuqoriga harakatini kamaytirish bo'ladi. konvektsiya bir ajoyib misol - shiftga batareya dan qizg'in havo salqin harakati. Bepul va majburiy konvektsiya issiqlik turlarini ajrata. bepul ommaviy turi Issiqlik va aralashtiramiz (masalan, isitish xona markaziy isitish bilan) tashqi kuchlar bir ta'sir holda sovuq tabiiy yo'l orqali moddaning inhomojenite, masalan issiq suyuqlik ko'tariladi tufaylidir. konvektiv ommaviy harakati bunday choy qoshiq bilan aralashtirib, deb tashqi kuchlar, ta'siri ostida sodir bo'lsa.
Diffuziya
Ushbu so'z bir moddaning boshqa moddasining o'xshash tarkibiy birliklari orasidagi molekulalar yoki atomlarning kirib borishini anglatadi. Bunday holda, penetratsion birikmalar kontsentratsiyasi tekislanadi. Ushbu jarayon birinchi marta 1855 yilda nemis olimi Adolf Fik tomonidan batafsil tavsiflangan. Ushbu atamaning nomi diffusio (o'zaro ta'sir, tarqalish, tarqalish) lotincha og'zaki ismidan hosil bo'lgan. Ko'rib chiqilayotgan jarayon yuzaga kelishi mumkin bo'lgan moddalar bilan shug'ullanib, uning o'tishi uchun sharoitlarni o'rganishga arziydi.Avvalo, tarqalish tezligi o'zaro ta'sir qiluvchi moddalarning agregatsiya holatiga bog'liq. Reaksiya sodir bo'ladigan materialning zichligi qanchalik yuqori bo'lsa, uning tezligi shunchalik past bo'ladi.Shu munosabat bilan suyuqliklar va gazlardagi diffuziya har doim qattiq moddalarga qaraganda faolroq sodir bo'ladi.Masalan, KMnO kaliy permanganat kristallari bo'lsa_{4 (}kaliy permanganat₎suvga tashlansa, ular bir necha daqiqa ichida unga chiroyli qirmizi rang beradi. Ammo, agar KMnO kristallari bilan sepilsa₄bir parcha muz va hammasini muzlatgichga qo'ying, bir necha soatdan so'ng kaliy permanganat muzlatilgan N ni to'liq bo'yab bo'lmaydi. Oldingi misoldan diffuziya sharoitlari to'g'risida yana bitta xulosa chiqarish mumkin. Agregatsiya holatidan tashqari, harorat zarrachalarning interpenetratsiya tezligiga ham ta'sir qiladi.Ko'rib chiqilayotgan jarayonning unga bog'liqligini ko'rib chiqish uchun diffuziya koeffitsienti kabi tushunchani o'rganishga arziydi. Bu uning tezligining miqdoriy xarakteristikasining nomi.Ko'pgina formulalarda bu katta lotin D harfi yordamida ko'rsatilgan va SI tizimida u sekundiga kvadrat metr (m2 / s), ba'zan sekundiga santimetrda (sm) o'lchanadi.²/ m).Diffuziya koeffitsienti har ikki yuzadagi (uzunlik birligiga teng masofada joylashgan) zichlik farqi birlikka teng bo'lishi sharti bilan vaqt birligi davomida sirt birligi orqali tarqalgan moddalar miqdoriga tengdir. D ni belgilaydigan mezon bu zarrachalarning tarqalish jarayoni sodir bo'ladigan moddaning xususiyatlari va ularning turi.Koeffitsientning haroratga bog'liqligini Arreniy tenglamasi yordamida tasvirlash mumkin: D = D_0exp(-E / TR).Ko'rib chiqilgan formulada E – bu jarayonni faollashtirish uchun zarur bo'lgan minimal energiya; T - harorat (Tselsiy bo'yicha emas, Kelvin bilan o'lchanadi); R - ideal gazning gaz doimiyligi. Yuqorida aytilganlarning hammasiga qo'shimcha ravishda qattiq moddalar, gazlardagi suyuqliklardagi tarqalish tezligiga bosim va nurlanish ta'sir qiladi (induksiya yoki yuqori chastotali). Bundan tashqari, ko'p narsa katalitik moddalar mavjudligiga bog'liq; ko'pincha zarrachalarning faol tarqalishini boshlash uchun qo'zg'atuvchi vazifasini bajaradi. Ushbu hodisa qisman differentsial tenglamaning maxsus shakli hisoblanadi.Uning maqsadi moddaning kontsentratsiyasining kosmos o'lchamlari va koordinatalariga (u diffuziyalanadigan), shuningdek vaqtga bog'liqligini topishdir. Bunday holda, berilgan koeffitsient reaktsiya uchun muhitning o'tkazuvchanligini tavsiflaydi. Ko'pincha diffuziya tenglamasi quyidagicha yoziladi: ∂φ (r, t) / ∂t = ∇ x [D (φ, r) ∇ φ (r, t)].Unda φ (t va r) - t vaqtidagi r nuqtada tarqalgan materiyaning zichligi {textend}.D (φ, r) - {textend} diffuziyaning zichlik koeffitsienti φ r nuqtada.∇ - {textend} vektorli differentsial operator, uning tarkibiy qismlari koordinatalari bo'yicha qisman hosilalarni bildiradi.Diffuziya koeffitsienti zichlikka bog'liq bo'lsa, tenglama chiziqli emas. Bo'lmasa, {textend} chiziqli bo'ladi.Diffuziya ta'rifi va ushbu jarayonning xususiyatlarini turli xil ommaviy axborot vositalarida ko'rib chiqib, uning ijobiy va salbiy tomonlari borligini ta'kidlash mumkin.Pechkada pishirilgan borscht shular jumlasidandir. Harorat ta'sirida glyukosinbetanin molekulalari (lavlagi shunchalik boy qizil rangga ega bo'lgan modda) suv molekulalari bilan teng ravishda reaksiyaga kirishib, o'ziga xos bordo rangini beradi. Bu holat suyuqliklardagi diffuziyaning misoli. Tuvali qandaydir bir xil soyaga berish jarayoni bir necha bosqichda quyidagi tarzda amalga oshiriladi.

1. 
   Bo'yoq idishida sariq rangli pigment zarralari tolali material tomon tarqaldi.
   
2. 
   Keyin ular bo'yash uchun matoning tashqi yuzasiga singib ketgan.
   
3. 
   Keyingi qadam yana bo'yoqning tarqalishi edi, ammo bu safar tuval tolalariga.
   
4. 
   Oxir-oqibat, mato pigment zarralarini o'rnatdi, shu bilan bo'yaldi.
   

Diffuziya (lotincha: diffusio — singish, tarqalish) — molekulalar, atomlar, ionlar va kolloid zarralarning tar-tibsiz issiklik harakati natijasida bir moddaning ikkinchi moddaga oʻz-oʻzidan oʻtishi, birining ikkinchisiga singib ketishi. Diffuziya gaz, suyuklik yoki qattiq jismlarda boʻladi va tezligi moddaning zichligi va qovushoqligi, temperatura, diffuziyalanuvchi zarraning tabiatiga va h. k.ga bogʻliq. Temperatura koʻtarilishi bilan Diffuziya tezlashadi. Bir aralashmali sistema (bir modda)dagi Diffuziya oʻz diffuziya, koʻp aralashmali sistema (gaz, suyuq yoki qattiq eritmalar)dagi Diffuziya geterodiffuziya deyiladi. Fan va texnika sohalarida Diffuziya ning ahamiyati katta; kimyoda Diffuziya usuli erigan moddaning molekulyar ogʻirligini aniqlashda qoʻllaniladi. Biologiyada oziq moddalarning soʻrilishi va yutilishi hamda moddalar almashinuv mahsulotlarining chiqib ketishida Diffuziya ning ahamiyati bor. Texnikada terini oshlash, gazlamani boʻyash, metallarni sementlash va azotlash, metallarda himoya qrplama hosil qilishda qoʻllaniladi. Geologiyada Diffuziya moddalarning quyuqdan suyuqqa, issiqdan sovuqqa, namdan quruqqa tarqalishiga aytiladi. Foydali qazilma konlarini izlashda Diffuziya ning roli juda muhim. Diffuziya natijasida konlar bor joylarda rudalarni birlamchi va ikkilamchi areal (joy) lari hosil boʻladi. Bular oʻz navbatida maʼdan konlarini qidirishda asosiy omillardan hisoblanadi. Fizikada molekulalar (atomlar) Diffuziya sidan tashqari oʻtkazuvchanlik elektronlari, kovaklar, neytronlar va b. zarralar Diffuziya si ham oʻrganiladi.

Qattiq jismlar uchun atomlarning kristall panjarada tartibli joylashishi xarakterli bo`lsa-da, har holda atomlar panjarada ham siljishi mumkin.
Asosan, kichik tebranishlar xarakterida bo`lgan issiqlik harakatlar ba’zi hollarda atomlarning panjaradagi o`z o`rinlarini batamom tark etishlariga olib keladi. Atomlarning bunday ajralishi mumkin ekanligi qattiq jismlarnijng bug`lanishi mumkinligidan dalolat beradi. To`g`ri , bug`lanishda atomlar mut laqo ajralishi mumkin emas deb aytishga hech qanday asos yo`q.
Atomlarning panjara tugunlaridagi o`z o`rinlarini huddi shunday tark etishlari tufayli kristallarda Shottki va Frenkel nuqsonlari yuzaga keladi. Atomlarning ana shunday ajralishi va kelgusida kristalldagi siljish tufayli qattiq jismlarda difuziya ro`y beradi.
Gazlardagi singari qattiq jismlarda ham zarralarning issiqlik xarakati energiyasi turlicha bo`ladi. Shuningdek, har qanday temperaturada ham shunday atomlar ulushi bo`ladiki, ularning energiyasi o`rtacha energiyadan ancha ortiq va bu atomlarning panjaradagi o`rinlarini tark etib, yangi o`rinlarini egallashi uchun yetarli bo`ladi.
Temperatura qancha yuqori bo`lsa, bunday atomlar sonishuncha ko`p bo`ladi. Shuning uchun temperature ortgani sari D diffuziya koeffitsienti tez (ekcponensial qonunga muvofiq) ortadi. Biroq yetarlicha katta energiya atomlar soni hamma vaqt kam bo`ladi (agar temperaturasidan ancha past bo`lsa), shuning uchun qattiq jismda diffuziya gazlar va suyuqliklardagiga qaraganda sekinroq protsessbo`ladi.
Masalan, misning oltinda diffuziyalanish koeffitsienti 300 ⁰С
da 1,5 10^5см²/ сек ga teng. Taqqoslash uchun metal spirtining suvdagi
eritmasining suvdadiffuziyalanishikoeffitsienti D 1,310^5sm² / sek,
argonning geliydadiffuziyalanishkoeffitsienti D0,7sm²/sekekanini
ko`rsatib o`tamiz. Shunga qaramasdan, qattiq jismlarda diffuziya hodisasi qator protsesslarda katta ro`l o`ynaydi.
Bunday diffuziya bir komponentali moddalarda(bunday holda o`z – o`zidan diffuziya deyiladi) ko`p komponentali moddalarda, mono – va polikristallardakuztiladi.
Tajriba (xususan, nishonlangan atomlar yordamidaolib borilgan tadqiqotlar) qattiq jismlarda diffuziya, asosan, quyidagi uch usulda borishiniko`rsatadi:
1. Qo`shni atomlar panjarada ko`rsatilganidek, o`z o`rinlarinialmashadilar.
Keyingi paytlarda sun’iy radiaktiv moddalarning borligi ularning nurlanishidan oson payqaladi. Bu uslub (nishonli atomlar uslubi) o`z – o`zidan diffuziyalanish hodisasini, ya’ni qattiq jismlarda shu jismlaratomlariningdiffuziyasinitadqiqqilishgaimkonberadi.
Atomlar tugunidan har qanday siljishi, jumladan, qo`shni vakatsiyaga siljishi ham qo`shimcha energiya talab qiladi, ehtimol, atom bu energiyani fluktuatsiyalar natijasidaoladi.
Bu ehtimollik hamma vaqtdagi singari Boslman qonuni bilan aniqlanadi.

Bu yerda q – atomning panjara tugunidan sakrashi uchun zarur bo`lgan energiya bo`lib, atomning vakatsiyaga siljish energiyasi deb ataladi. Qattiq jismlarda o`z–o`zidandiffuziyalanish koeffitsientlari shunday ko`rinishda yozilishimumkin:

Tayanch iboralar: Gazlarda diffuziya. Issiqlik o’tkazuvchanlik. Qovushqoqlik.
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 siste¬mada shunday protsesslar amalga oshadiki, natijada sistema muaozanat holatiga qaytadi.
Sistemaning termo¬dinamik muvozanat holatiga o’z-o’zicha o’tish protsessini relaksatsiya deb, bunday o’tishga sarflanadigan vaqtni esa relaksatsiya vaqti deb ataladi.
Termodinamik mu¬vozanat 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:
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 diffuziya hodisasi tufayli vaqt davomida ko’chadigan gaz massasi 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 zichli¬gining 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. munosabatdan
Diffuziya koeffitsienta zichlik gradienti 1 birlikka teng bo’lgan holda birlik yuz orqali birlik vaqtda ko’chadigan gaz massasiga miqdoran teng bo’lgan kattalikdir.
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 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 molekula¬lar bilan тœšнашиб chetga og’adi. yuzadan chap va o’ng tomonda qadar uzoqlikdagi sohalarda molekulalar kontsentratsiyasi mos ravishda n1 va n2 bo’lsin. Moleku¬lalar 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:
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:Bundan
ekanini e‘tiborga olsak, ifoda qo’yidagi ko’rinishga keladi
Mazkur kfodani tajribalar asosida aniqlangan Fik qonunining ifodasi bilan taqqoslab gazlardagi diffuziya koeffitsientining qiymati uchun
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:
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.
Gazlarning issiqlik o’tkazuvchanligi
Gazlarning issiqlik o’tkazuvchanligi temperatura gradienti mavjud bo’lgan holda gaz molekulalarining xaotik harakati tufayli issiqlik miqdorining uzatilishidir.
Temperaturalari TA va ТВ bo’lgan ikki o’zaro parallel sirtlar orasidagi gazning issiqlik o’tkazuvchanligini tekshiraylik. ОХ o’qni mazkur sirtlarga perpendikulyar ravishda yo’naltiramiz (13.2- rasm). Agar temperaturani biror yo’nalish bo’yicha o’zgarish jadalligini xarakterlovchi temperatura gradienti tushunchasidan foydalansak, faqat OX o’q bo’ylab temperatura gradienti mavjud bo’ladi. Gaz¬ni chegaralab turgan sirtlarga paralel bo’lgan ОY va OZ o’qlar yo’nalishida esa temperatura o’zgarmaydi. ОХ o’qqa perpendikulyar bo’lgan ixtiyoriy yuzli sirt orqali ОХ yo’nalishida vaqt davomida uzatilayotgan issiqlik miqdori Fure qonuni deb ataladigan qo’yidagi munosabat bilan aniqlanadi:
bundagi minus ishora issiqlik miqdorining temperatura pastroq bo’lgan tomonga uzatilayotganligini ko’rsatadi. esa issiqlik o’tkazuvchanlik koeffitsienti. ifodaga asosan qo’yidagicha bo’ladi:
Demak, gazning issiqlik o’tkazuvchanlik koeffyatsienti temperatura gradienti 1 birlikka teng bo’lgan holda birlik yuz orqali birlik vaqtda uzatiladigan issiqlik miqdori bilan xarakterlanuvchi kattalikdir.
U hisobida o’lchanadi. ning gaz xossalariga bog’liqligini ifodalovchi munosabatni keltirib chiqarish uchun molekulyar-kinetik nazariyaga murojat etamiz.
Molekulaning erkin yugurish o’rtacha masofasi qadar S yuzdan chap va o’ng tomonda joylashgan nuqtalardagi temperaturalarning qiymatlari mos ravishda qo’yidagi munosabatlar bilan aniqlanadi:
Molekulasining erkinlik darajalari soni i bo’lgan gaz birlik hajimdagi molekulalar sonini n deb belgilasak, uning energiyasiifoda bilan aniqlanadi. Mazkur munosabatdan temperatura bo’yicha olingan birinchi tartibli hosila birlik hajmdagi gazning issiqlik sig’imini ifodalaydi. Ikkinchi tomondan, birlik hajmdagi gaz massasi birlik massadan marta katta bo’lganligi tufayli uning issiq¬lik sig’imi ham shu gazning solishtirma issiqlik sig’imidan marta katta, ya‘ni bo’ladi. Shuning uchunmunosabat o’rinli bo’ladi. Bundagi - gazning o’zgarmas hajmdagi solishtirma issiqlik sig’imi.
Gaz molekulalarining harakati xaotik bo’lganligi tufayli barcha molekulalarning 1/6 qismi ОХ yo’nalishida yana 1/6 qismi ОХ ga teskari yo’nalishda harakatlanadi, deb hisoblash mumkin. U holda yuz orqali vaqt davomida chapdan o’ngga va o’ngdan chapga uzatilgan issiqlik miqdorlari mos ravishdamunosabatlar bilan aniqlanadi. Mazkur ifodalarning ayirmasi esa S yuz orqali vaqt davomida uzatilgan issiqlik miqdorini xarakterlaydi: Demak, gazlarning ichki ishqalanish koeffitsienti gazning tabiatiga, bosimi va zichligiga bog’liq, lekin birlik hajmdagi molekulalar soni (p) ga bog’liq bo’lmaydi.

Xulosa