Nizomiy nomidagi toshkent davlat pedagogika universiteti fizika-matematika fakulteti fizika va uni o

Kurs ishining maqsadi: ‘’ Diffuziya hodisasi ‘’ mavzusiga doir ma’lumotlarni to’plash va ularni tahlil qilish.
Kurs ishining vazifalari:

• 
  Mavzuga doir adabiyotlarni to’plash, ularni o’rganish va tahlil qilish
  
• 
  Diffuziya haqida tushuncha
  
• 
  Diffuziya va uning turlari
  
• 
  Turli xil moddalarda diffuziya
  

Diffuziya tushunchasi
Bir-biriga tegib turgan ikki yoki bir necha moddaning bir-birining ichiga singib o'tish hodisasi diffuziya deb ataladi. Agar gaz (yoki ixtiyoriy boshqa modda) tarkibi jixatdan bir jinsli bolmasa, yaʻni u konsentrasiyasi nuqtadan nuqtaga o'zgaruvchi ikki yoki bir necha komponentalardan tarkib topgan bo'lsa, bunday gazda diffuziya protsessi vujudga keladi. Diffuziya prosessining moxiyati aralashma komponentalaridan har biri gaz hajmining bu komponenta konsentrasiyasi katta bo'lgan qismlaridan bunday konsentrasiya kam bo'lgan qismlarga, yaʻni konsentrasiyaning pasayishi yo'nalishida o'tishidan iboratdir.
Biror komponentaning konsentrasiyalar farqi taʻsirida siljishi bu komponentaning diffuzion oqimi deb ataladi. Bu oqim diffuziyalanuvchi komponentaning vaqt birligi ichida diffuziya yo'nalishiga perpendikulyar, yaʻni konsentrasiyaning pasayish yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan yuz birligidan o'tgan miqdori bilan o'lchanadi. Diffuziya oqimini massa birliklarida ifodalash mumkin. U SI sistemada kg/m² ×sek larda, SЃS sistemada g/sm²×sek larda o'lchanadi. Uni, shuningdek, mollar soni (mol/sm²×sek) yoki molekulalar soni (molekula/sm²×sek) va hokazoda ifodalash mumkin. Maʻlum komponentaning konsentrasiyasini ham kg/m³, g/sm³, mol/sm³ va hokazolarda ifodalash mumkin. Konsentrasiyalar farqi tufayli hosil bo'lgan diffusion oqim konsentrasiyalarning tenglashishiga, yaʻni shu oqimni hosil qilgan konsentrasiyalar farqining kamayishiga olib keladi. O'z holiga qo’yilgan gaz aralashmasi vaqt o’tishi bilan diffuziya tufayli bir jinsli bo’lib qoladi (gazlar aralashadi).
Protsessda qatnashayotgan sistemaning parametrlari vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan har qanday protsess nostasionar protsess deb ataladi va bu protsess sistemani xarakterlovchi kattaliklar vaqt o’tishi bilan o'zgarmaydigan stasionar prosessdan farq qiladi. Konsentrasiyalarning tenglanishiga olib keluvchi, yaʻni konsentrasiyalar farqining o'zgarishiga va o'zining konsentrasiyasini o'zgarishiga olib nostasionar diffuziya deb ataladi. Biror aralashma komponentalari konsentrasiyalarining farqi saqlab turiladigan stasionar diffuziya ham bo'lishi mumkin. Buning uchun, masalan, idishning bir qismida ayni komponentani uzluksiz qo'shib, boshqa qismidan esa uni shu miqdorda olib turish kerak. Amalda, ko'pincha, nostasionar diffuziya bilan ish ko'rishga to'g'ri keladi.

Diffuziya hodisasini o’rganishda biz asosan 3 ta turiga e’tibor qaratishimiz lozim:

1. 
   Statsionar diffuziya;
   
2. 
   Nostatsionar diffuziya;
   
3. 
   Termik diffuziya;
   

Gazlarning kinetik energiyasi molekulalar issiqlik harakati tezliklari har qanday qiymatga ega bo'lganida ham diffuziya protsessining sekin o'tishini oson tushuntirib beradi. Buning sababi shuki, gaz molekulalari bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga ko'chishi uchun bu nuqtalarni birlashtiruvchi to'g'ri chiziqdan hisoblangan masofaga qaraganda bir necha marta uzun bo'lgan siniq chiziq shaklidagi yo’lni o’tishlari kerak. Bunday sifatiy tushuntirishdan tashqari, kinetik nazariya

diffuziya koeffisientining kattaligini miqdoriy baholash va uni molekulyar kattaliklar molekulalarning erkin yugurish yo'li uzunligi hamda issiqlik harakatidagi tezliklari orqali ifodalashga imkon beradi.
Gaz aralshmasi solingan idishda konsentratsiyalar farqi ˄n=n₁-n₂ o’zgarmas saqlanadigan X o’qiga perpendikulyar S yuzni olaylik. Aniq bo’lishi uchun n₁˃n₂ deb olamiz. Issiqlik harakati tufayli bizni qiziqtirgan komponentaning molekulalari S yuz orqali chapdan òngga ham, òngdan chapga ham o'tadi. Yuzning har ikki tomonidagi konsentrasiyalarning mavjud farqi tufayli X o'q bo'ylab qandaydir diffuziya oqimi yuzaga keladi, bu oqim ravshanki, S yuzning 1 sm² ni uning tekisligiga perpendikulyar ravishda 1 sek da X o'qning musbat qiymatlari yo'nalishida (o'ngga) kesib o'tayotgan N₁ molekulalar soni bilan ana shu yuzni shu vaqt ichida qarama-qarshi yo’nalishda ( chapga ) kesib o’tayotgan molwkulalar soni N₂ orasidagi ayirmaga teng bo’ladi:
N=N₁-N₂

1 sm² yuzni kesib o'tayotgan molekulalar sonini qanday aniqlash kerak? Agar barcha molekulalar X o'q bo'ylab yònalgan birday v tezlik bilan harakatlanganida edi, u holda 1 sm² yuzni 1 sek da kesib o'tayotgan molekulalar soni nv ga teng bo’lar edi, bu yerda n-hajm birligidagi molekulalar soni.

Aslida molekulalarning tezliklar bo'yicha taqsimoti mavjud, biroq biz qo'pol bòlsa-da, barcha molekulalarning tezligi birday-g o'rtacha tezlikka teng deb olamiz. Shuningdek, molekulalarning issiqlik tezliklari uchta òzaro perpendikulyar yo'nalishlar bo'ylab tekis taqsimlangan deb olamiz. Unda hajm birligidagi barcha molekulalarning 1/3 qismi X o'q bo'ylab va bu molekulalarning yarmisi X o'qning musbat yo'nalishi bo'ylab, yaʻni yuzga qarab va yarmisi qarama-qarshi yo'nalishda-yuzdan uzoqlashish yo'nalishida harakatlanadi.
Binobarin, S yuzning 1 sm² ni 1 sekund ichida chapdan o’ngga kesib o’tuvchi molekulalar soni N₁ va xuddi shu vaqt ichida o’ngdan chapga kesuvchi molekulalar soni N₂ quyidagi munosabatlar orqali ifodalanadi:

N₁= n×v N₂= n’×v

Bu yerda n' va n"-molekulalarning S yuzning bir tomonidagi va ikkinchi tomonidagi konsentrasiyalari. n va n" kattaliklar haqida shuni aytish kerakki, ular X o'q yo'nalishi bo'ylab molekulalarning o'zaro to'qnashuvi tufayli o'zgaradi. Shuning uchun biz ajratgan yuzga molekulalar ana shu yuzning bevosita oldidagi oxirgi to'qnashuv tufayli hosil bo'lgan n' va n" konsentrasiyalar bilan keladi. Demak, biz n' va n" hajm birligidagi yuzning har ikki tomonidan ʎ masofa uzoqda turgan (erkin yugurish yo'li uzunligi) molekulalarning soni deb hisoblaymiz,

Diffuzion oqim N, binobarin, shunday ifoda bilan aniqlanadi:

N = N₁ – N₂ = ( n’ – n’’)× v

bu yerda n'-n"-bir-biridan 2 ʎ masofada turgan nuqtalardagi konsentrasiyalar farqi. Agar konsentrasiya gradienti qiymati maʻlum bo'lsa, bu farqni aniqlash qiyin emas ( n faqat X o'q bo'ylab o'zgaradi deb faraz qilamiz, yaʻni o'rniga deb yozish mumkin). konsentrasiyalarning bir uzunlik birligidagi farqi bòqgani uchun 2 ʎ masofada bu farq

n’ – n’’ = - 2ʎ

ga teng bo’ladi. Bu formula ʎ yetarlicha kichik bo’lgandagina o’rinli bo’ladi.

Shunday qilib, diffuzion oqim uchun shunday ifoda hosil qilamiz:

N = - ʎ v

Yoki bu tenglikning har ikki qismini molekula massasi m ga ko’paytirib yozamiz:

M = - ʎ v

Bu ifodani Fik qonunlari formulalari,

N = - D va M = - D

bilan taqqoslab diffuziya koeffitsiyenti uchun bizni qiziqtirib kelgan ifodaga ega bo’lamiz :

D = ʎ v

Bu ifodadan diffuziya koeffisienti gaz bosimiga teskari proporsional (chunki ʎ ~ ) va temperaturadan chiqarilgan kvadrat ildizga to'g'ri proporsional ekanini (v~V T) ko'ramiz.
Diffuziya koeffitsiyenti formulasini chiqarishda ikkinchi komponentaning diffuziyalanishi nazarga olinmadi. Aslida ikkinchi komponenta xam diffuziyalanadi va u maʻlum darajada biz karayotgan komponentaning diffuziyalanishiga taʻsir qilmay iloji yòq.
Masalan, vodorod va karbonat angidrid gazining aralashmasida vodorod karbonat angidridga nisbatan ancha tezroq diffuziyalanishi kerak, chunki ayni shu temperaturada vodorod molekulalarining issiqlik harakatining òrtacha tezligi deyarli besh marta katta va bundan tashqari, vodorod molekulalarining erkin yugurish yo'li uzunligi ham katta. Biroq bu bir yo'nalishda o'tayotgan vodorodning hajmi qarama-qarshi yo'nalishda o'tayotgan karbonat angidrid gazining hajmidan katta demakdir. Bunday holda gazda albatta bosimlar farqi va demak, gaz oqimi yuzaga keladi. Holbuki biz diffuziyani taʻriflaganimizda uni gaz aralashmasining bosimi barcha nuqtalarda o'zgarmaydigan va gaz umuman tinch turadigan protsess deb taʻrifladik. Aslida ikki turli gazning o'zaro diffuziyasi prosessida bu gazlardan birining diffuziya oqimining ikkinchisidan ortib ketishi butun gazning dastlab tezroq diffuziyalanuvchi molekulalar bo'lgan joy tomon yo'nalishidagi oqimi bilan muvozanatlashadi.
Biz diffuziya koeffisienti uchun diffuziya koeffitsiyenti formulasini chiqarishda ana shu narsani nazarga olmadik va biz chiaargan formula gaz molekulalarining ana shu gaz muhitidagi diffuziyasi uchun òrinlidir. Bu protsess o'z-o'zidan diffuziyalanish deb ataladi, diffuziya koeffitsiyenti formulasi esa o'z-o'zidan diffuziyalanish koeffisientini ifodalaydi.
Masalan, gaz aralashmasi ayni bir moddaning bir-biridan faqat massasi jihatidan bir oz farq qiluvchi, lekin boshqa xossalari uncha farq qilmaydigan ikki turli izotopidan tarkib topgan bo'lsa, shunday hodisa bo'ladi. Agar izotoplardan biri radioaktiv bulsa, ularning nurlanishidan bunday hodisani kuzatish ham mumkin.



Ba’zi moddalarning diffuziya koeffitsiyenti