O‘zbekiston respublikasi oliy va o‘rta maxsus ta’lim vazirligi o‘rta maxsus, kasb-hunar ta’limi markazi a. G. G‘aniyev, A. K. Avliyoqulov

    42- §.  Ichki energiyaning o‘zgarishi

M a z m u n i :   gaz hajmining o‘zgarishida bajarilgan ish; issiqlik

almashuvi.

Ichki energiyani o‘zgartirishning usullari juda ko‘p. Shulardan

ba’zilari bilan tanishamiz.

Gaz hajmining o‘zgarishida bajarilgan ish. Gaz hajmining o‘zga-

rishida tashqi kuchlarga qarshi bajargan ishi bilan tanishaylik. Silindr

shaklidagi idishda porshen ostida gaz turgan bo‘lsin (60- rasm).

Gaz kengayib, porshen cheksiz kichik Dl ga surilsin. Hajmning

kengayishini juda kichik hisoblab, bosim o‘zgarmay qoladi (p = const)

deb olamiz. Endi gazning kengayishda bajargan ishini hisoblaylik:

A

F

l

p s

l

p

V

=

×

= × ×

= ×

D

D

D ,

                   (42.1)

bu yerda F = p · S  va S · Dl = DV gaz kengayganda hajmining o‘zgarishi

ekanligi e’tiborga olingan.

Bajarilgan ishni grafik ravishda tasvirlaymiz. U 61- rasmda shtrix-

langan yuza bilan ko‘rsatilgan. Gazning tashqi kuchlarga qarshi ish

bajarishi natijasida uning ichki energiyasi kamayadi, ya’ni hajm ortib,

molekulalar orasidagi  o‘rtacha  masofa ham ortadi, bu esa ular

orasidagi  o‘zaro ta’sir energiyasining kamayishiga olib keladi.

Gaz kengayganda uning ichki energiyasi kamayadi, ichki energiya

tashqi kuchlarga qarshi ish bajarishga, ya’ni porshenni siljitishga

sarflanadi.

Gaz siqilganda esa tashqi kuchlarning gaz ustida bajargan ishi

hisobiga ichki energiyasi ortadi.

Issiqlik almashinuvi. Ikkita turli temperaturali jismlarni bir-biriga

tekkizaylik. Ma’lum vaqt o‘tgandan keyin ular temperaturalarining

tenglashuvi ro‘y beradi. Issig‘ining temperaturasi pasayadi, sovug‘iniki

61- rasm.

60- rasm.

Dl

p

p

www.ziyouz.com kutubxonasi

155

esa ko‘tariladi. Bir jism molekulalarining betartib harakat  kinetik

energiyasi ikkinchi jism molekulalarining betartib harakat kinetik ener-

giyasiga o‘tadi.

Mexanik ish bajarmasdan ichki energiyaning uzatilish jarayoni

issiqlik almashinuvi deyiladi. Issiqlik miqdori deb, issiqlik almashinu-

vi jarayonida jismlar oladigan yoki beradigan energiyaga aytiladi.

Issiqlik va ish energiyaning ko‘rinishi emas, balki uning uzatish

shaklidir. Ular energiyaning uzatilish jarayonidagina mavjud bo‘ladi.

Jismga issiqlik berilganda uning ichki energiyasi ortadi, ya’ni

molekulalarining betartib harakat energiyasi ortadi.

SI da issiqlik miqdorining birligi sifatida ish va energiyaniki kabi

Joul (J) ishlatiladi.

SI kiritilguncha  issiqlik miqdorining birligi sifatida kaloriya ishlatilgan.

1 g distillangan suvni 1 °C ga, aniqrog‘i 19,5 °C dan 20,5 °C

gacha isitish uchun kerak bo‘ladigan issiqlik miqdori 1 kaloriya deyila-

di: 1 kal = 4,19 J.

Sinov savollari

1. Ichki energiyani o‘zgartirishning qanday usullarini bilasiz? 2. Gaz

hajmining o‘zgarishida bajarilgan  ish nimaga teng? 3. Gaz kengayganda

uning ichki energiyasi qanday o‘zgaradi? 4. Gaz siqilganda uning ichki

energiyasi qanday o‘zgaradi? 5. Gaz siqilganda uning ichki energiyasining

o‘zgarishi tashqi kuchlar bajargan ishga tengmi? 6. Issiqlik almashinuvi

deb qanday jarayonga aytiladi? 7.  Issiqlik va ish qachon mavjud bo‘ladi?

8. SI da issiqlik miqdorining birligi nima? 9. Issiqlik miqdorining sistemadan

tashqari qanday birligini bilasiz va u qanday aniqlangan?

43- §. Issiqlik sig‘imi. Solishtirma issiqlik

         sig‘imi. Issiqlik balansi tenglamasi

M a z m u n i :   issiqlik sig‘imi; solishtirma issiqlik sig‘imi;  SI da

issiqlik sig‘imining birliklari; issiqlik balansi tenglamasi.

Issiqlik sig‘imi. Ikkita teng massali, turli xil moddalardan yasal-

gan ikkita jismni bir xilda qizdiraylik. Ma’lum vaqtdan keyin ularning

temperaturalarini o‘lchab teng emasligini bilamiz. Bunga sabab turli

moddalarning issiqlik sig‘dirish qobiliyatlarining turlicha ekanligidir.

Moddalarni ana shunday qobiliyatlarini xarakterlash maqsadida issiqlik

sig‘imi tushunchasi kiritiladi.

Jismning  issiqlik  sig‘imi  deb  uning  temperaturasini  1  K  ga

o‘zgartirish uchun kerak bo‘ladigan issiqlik miqdoriga aytiladi:

www.ziyouz.com kutubxonasi

156

Ñ

Q

T

=

D

,                                         (43.1)

bu yerda: DT = T

2

— T

1

 — jismning keyingi va oldingi temperatura-

larining farqi, Q — issiqlik miqdori.

Jism 1 K ga soviganda isigandagiga teng  issiqlik miqdori ajralib

chiqadi. Bir xil moddadan yasalgan turli massali jismlarning issiqlik

sig‘imlari  ham  turlicha  bo‘ladi.  Chunki  issiqlik  sig‘imi  massaga

proporsional. Ba’zan turli xil moddalardan yasalgan jismlarning issiqlik

sig‘imlarini solishtirish zarurati paydo bo‘ladi. Buning uchun esa teng

massali jismlarning issiqlik sig‘imlarini bilish kerak.

Solishtirma issiqlik sig‘imi. Solishtirma issiqlik sig‘imi deb 1 kg

massali moddaning temperaturasini 1 K ga o‘zgartirish uchun kerak

bo‘ladigan issiqlik miqdoriga aytiladi:

c

C

m

Q

m

T

=

=

× D

                                   

(43.2)

(43.2) ifodadan

C = mc.                                             

(43.3)

Issiqlik sig‘imi solishtirma issiqlik sig‘imining modda massasiga

ko‘paytmasiga teng. Agar moddaning solishtirma issiqlik sig‘imi ma’lum

bo‘lsa, uning temperaturasini DT = T

2

— T

1

 ga o‘zgartirish uchun

zarur bo‘lgan issiqlik miqdorini aniqlash mumkin. (43.2) dan olamiz:

Q

c m

T

c m T

T

= ×

×

= ×

-

D

(

).

2

1

     

                 (43.4)

Òurli moddalarning solishtirma issiqlik sig‘imlarini o‘lchash va

solishtirish  uchun  kalorimetr  deyiluvchi  asbobdan  foydalaniladi.

Kalorimetrda jismlar orasidagi issiqlik almashuvi tashqi muhitdan

ajratilgan holda ro‘y beradi.

SI da issiqlik sig‘imining birliklari. Issiqlik sig‘imining SI dagi

birligi.

[ ] [ ]

[ ]

Ñ

Q

T

=

=

=

1

1

1

J

Ê

J

Ê

.

Solishtirma issiqlik sig‘imining SI dagi birligi

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

1J

1kg K

kg K

J

1

.

Q

m T

c

×

×

=

=

=

Issiqlik balansi tenglamasi. Noma’lum jismning solishtirma issiqlik

sig‘imini topish usulini ko‘raylik. Buning uchun qizdirilgan jism ichida

suv bo‘lgan kalorimetrga solinadi. Oddiy kalorimetr qopqoqlik metall

www.ziyouz.com kutubxonasi

157

m

j

  jismning, m

s

 suvning, m

k

 kalorimetrning massalarini bilgan holda

va aralashmaning temperaturasi Ò ni termometrdan aniqlab, jism-

ning solishtirma issiqlik sig‘imi c

j

 ni aniqlash mumkin.

Jism bergan issiqlik miqdori Q

j

 

suv olgan issiqlik Q

s

 

va kalorimetr

olgan issiqlik miqdori  Q

k

  larning yig‘indisiga teng bo‘lishi kerak,

ya’ni

Q

j

= Q

s

+ Q

k

.                                          

(43.5)

Bu tenglama issiqlik balansi tenglamasi deyiladi.

O‘z navbatida, (43.4) ga asosan

(

)

(

)

(

)

j

j

j

s

s

j

s

s

k

k

k

k

,

,

.

Q

c m T

T

Q

c m T T

Q

c

m T T

=

×

-

=

×

-

=

×

-

(43.6), (43.7),(43.8) ifodalarni  (43.5) ga qo‘yamiz:

j

j

j

s

s

s

k

k

k

(

)

(

)

(

)

c m T

T

c m T T

c

m T T

-

=

×

-

+

×

-

va bundan c

j

 

 ni topamiz:

s

s

s

k

k

k

j

j

j

(

)

(

)

(

)

.

c

m T

T

c

m T

T

m T

T

c

×

-

+

×

-

-

=

                         

(43.9)

Bu ifoda noma’lum jismning solishtirma issiqlik sig‘imini aniqlashga

imkon beradi.

Sinov savollari

1. Issiqlik sig‘imi tushunchasi nima maqsadda kiritilgan? 2. Jismning

issiqlik sig‘imi deb nimaga aytiladi? 3. Jism soviganda, isigandagiga teng

miqdorda issiqlik ajralib chiqadimi? 4. Solishtirma issiqlik sig‘imi tushunchasi

nima maqsadda kiritilgan? 5. Solishtirma issiqlik sig‘imi deb nimaga aytiladi?

62- rasm.

stakanchadan iborat bo‘lib, u hajmi kat-

taroq  idishga,  idish  devorlari  orasida

bo‘shliq  qoladigan  qilib  joylashtiriladi

(62- rasm). Natijada qizigan jismning is-

siqlik  miqdori  suvga  va  kalorimetrga

uzatiladi. Jarayon jismning, suvning va ka-

lorimetrning  temperaturalari  tenglash-

guncha davom etadi. Jismning Ò

j

, suvning

Ò

s

,  kalorimetrning  Ò

k

  boshlang‘ich

temperaturalari,  c

s

  suvning,  c

k

  kalori-

metrning solishtirma  issiqlik sig‘imlari,

(43.7)

(43.6)

(43.8)

www.ziyouz.com kutubxonasi

158

6. Issiqlik va solishtirma issiqlik sig‘imlari orasida qanday bog‘lanish mavjud?

7. Issiqlik miqdori qanday aniqlanadi? 8. Kalorimetr qanday asbob va undan

qanday maqsadda foydalaniladi? 9. Issiqlik sig‘imining  SI dagi birligi.

10. Solishtirma issiqlik sig‘imining  SI dagi birligi. 11. Issiqlik balansi tengla-

masi. 12. Noma’lum jismning solishtirma issiqlik sig‘imini aniqlash formulasi.

44- §. Òermodinamikaning birinchi qonuni va uning

         tatbiqlari

M a z m u n i :   termodinamikaning birinchi qonuni; izoxorik ja-

rayon; izobarik jarayon; izotermik jarayon;  adiabatik jarayon.

42- § da sistema ichki energiyasining o‘zgarishi ikki xil: 1) mexa-

nik ish bajarish; 2) issiqlik miqdori uzatish usullari bilan amalga

oshirilishi mumkinligi haqida bayon qilingan edi. Endi bu kattaliklar

orasidagi munosabatni  topishga harakat qilamiz.

Òermodinamikaning birinchi qonuni. Buning uchun qizdirilayot-

gan choynak misolini  ko‘raylik. Choynak olayotgan issiqlik miqdori Q

ichidagi suvning qizishiga, ya’ni suvning ichki energiyasi ortishiga

DU  va suv bug‘lari choynak qopqog‘ini ko‘targanda tashqi kuchlarga

qarshi (qopqoqning og‘irlik kuchi)  bajariladigan A ishga sarflanadi.

Bu jarayon uchun energiyaning saqlanish va aylanish qonuni:

Q = DU + A                                  

(44.1)

ko‘rinishga ega bo‘ladi. Bu termodinamikaning birinchi qonunining

matematik ko‘rinishidir.

Termodinamik sistemaga beriladigan issiqlik miqdori uning ichki ener-

giyasini orttirishga  va tashqi kuchlarga qarshi ish bajarishga sarflanadi.

Agar sistemaga issiqlik miqdori berilayotgan bo‘lsa, Q musbat,

agar sistemadan issiqlik miqdori olinayotgan bo‘lsa, Q manfiy ishora

bilan olinadi.  Shuningdek, agar sistema tashqi kuchlarga qarshi ish

bajarayotgan bo‘lsa, A ish musbat, tashqi kuchlar sistema ustida ish

bajarayotgan  bo‘lsa, A ish manfiy bo‘ladi.

Òermodinamikaning birinchi qonuni  birinchi tur  abadiy  dvigatel

(lotincha «perpetuum  mobile») yasash mumkin emasligini ko‘rsatadi.

Birinchi tur «perpetuum mobile»ga asosan teng miqdorda energiya

sarflamasdan ish bajara oladigan mashina qurish haqida fikr yuritiladi.

Energiyaning saqlanish va aylanish qonuni bo‘lgan termodinamika-

ning birinchi qonunida esa tabiatda ro‘y beradigan barcha jarayonlarda

energiya o‘z-o‘zidan paydo ham bo‘lmaydi, yo‘qolmaydi ham , faqat

bir ko‘rinishdan boshqasiga aylanishi mumkin, deb qayd etiladi.

Endi termodinamika birinchi qonunining ba’zi jarayonlarga tatbiqini

ko‘raylik.

www.ziyouz.com kutubxonasi

159

Izoxorik jarayon. Ideal gazning hajmi o‘zgarmay (V = const),

uning bosimi va temperaturasi o‘zgaradi. Agar gazning hajmi o‘zgar-

masa, tashqi kuchlarga qarshi ish bajarilmaydi, ya’ni A = 0. Unda

termodinamikaning birinchi qonuni

Q = DU                                   

(44.2)

ko‘rinishni oladi. Demak, ideal gazga berilayotgan issiqlik miqdori

uning ichki energiyasini o‘zgartirishga, boshqacha aytganda tempera-

turaning ko‘tarilishiga sarflanadi.

(48.4) ifodaga asosan

D

D

U

c m

T

= ×

×

                                    

(44.3)

ni olamiz.

Izobarik jarayon. Ideal gazning bosimi o‘zgarmas (p = const),

uning hajmi va temperaturasi o‘zgaradi. Bunda gazga berilgan issiqlik

miqdorining bir qismi uning ichki energiyasini orttirishga, bir qismi

esa tashqi kuchlarga qarshi ish bajarishga sarflanadi.

Q = DU + A.                                          

(44.4)

42- § da izobarik jarayonda gaz bajargan ish

À

p

V

= × D

ekanligini ko‘rgan edik.

Izotermik  jarayon.  Ideal  gazning  temperaturasi  o‘zgarmas

(T = const), uning hajmi va bosimi o‘zgaradi. Agar gazning tempe-

raturasi o‘zgarmasa, demak, uning ichki energiyasi ham o‘zgarmaydi:

DU = 0. Bunday jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni

Q = A                                      

(44.5)

ko‘rinishga ega bo‘ladi.

Adiabatik jarayon. Atrof-muhit bilan issiqlik miqdori almashmas-

dan ro‘y beradigan jarayonga adiabatik jarayon deyiladi.

Adiabatik jarayonga tez ro‘y beradigan jarayonlar misol bo‘ladi.

Misol uchun gaz tez siqilganda bajarilgan ish uning temperaturasi-

ning, ya’ni ichki energiyasining ortishiga olib keladi. Òemperatura

ortishi natijasida atrofga issiqlik miqdori tarqalishi uchun esa ma’lum

vaqt kerak. Shuning uchun ham Q = 0. Ichki yonish dvigatelida yonilg‘i

aralashmasining yonishi adiabatik jarayonga yaxshi misol bo‘ladi.

Adiabatik jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni

quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi:

DU + A = 0

yoki

A =–DU,                                         

(44.6)

www.ziyouz.com kutubxonasi

160

ya’ni adiabatik jarayonda ish faqatgina  ichki energiyaning o‘zgarishi

hisobiga bajariladi.

Sinov savollari

1. Òermodinamikaning birinchi qonuni. 2. Agar jismga issiqlik miqdori

berilayotgan bo‘lsa, Q qanday ishora bilan olinadi? Olinayotgan bo‘lsa-chi?

3. Agar jism tashqi kuchlarga qarshi ish bajarayotgan bo‘lsa, A qanday ishora

bilan olinadi? Òashqi kuchlar jism ustida ish  bajarganda-chi?  4. Birinchi tur

„perpetuum mobile“ni yasash mumkinmi? 5. Energiyaning saqlanish va

aylanish qonuni. 6. Izoxorik jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni.

7. Izobarik jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni. 8. Izotermik

jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni. 9. Adiabatik jarayon deb

qanday jarayonga aytiladi? 10. Adiabatik jarayonlar real jarayonlarmi? Unga

misol keltiring. 11. Adiabatik jarayon uchun termodinamikaning birinchi qonuni.

12. Adiabatik jarayonda ish nimaning hisobida bajariladi?

 45- §. Òermodinamikaning ikkinchi qonuni

M a z m u n i :  termodinamikaning ikkinchi qonuni; ikkinchi tur

„perpetuum mobile“.

Òermodinamikaning birinchi qonuni energiyaning saqlanish va

aylanish qonunini ifodalasa-da, termodinamik jarayonning ro‘y be-

rish yo‘nalishini ko‘rsata olmaydi. Misol uchun birinchi qonun, issiqlik

miqdorining issiq jismdan sovuq jismga o‘tish imkoniyati qanday

bo‘lsa, sovuq jismdan issiq jismga o‘tish imkoniyati ham shunday

deb ko‘rsatadi. Aslida esa tabiatda qanday jarayonlar ro‘y berishi mumkin

degan savol tug‘iladi? Bunga termodinamikaning ikkinchi qonuni

javob beradi.

Òermodinamikaning ikkinchi qonuni. Bu qonunning bir nechta

shakllari  mavjud  bo‘lib,  ularning  eng  soddasi  Klauzius  ta’rifini

keltiramiz.

Issiqlik miqdori o‘z-o‘zidan past temperaturali jismdan yuqori

temperaturali jismga o‘tmaydi.

Amalda cheksiz katta bo‘lgan okean suvlaridagi issiqlik miqdori

o‘z-o‘zidan temperaturasi suvnikidan pastroq bo‘lgan jismgagina o‘tishi

mumkin. Issiqlik miqdorini temperaturasi past jismdan temperaturasi

yuqori jismga o‘tkazish uchun qo‘shimcha ish bajarish kerak. Shu

bilan birga, issiqlik miqdori ishga to‘la aylanmay, uning bir qismi

atrof-muhitni qizdirishga sarflanadi. Shu nuqtayi nazardan ikkinchi

www.ziyouz.com kutubxonasi

161

qonunning quyidagi Plank ta’rifi ham e’tiborga molik: tabiatda issiqlik

miqdori to‘laligicha ishga aylanadigan jarayon bo‘lishi mumkin emas.

Issiqlik ishga aylanishi uchun isitkich va sovitgich bo‘lishi darkor.

Barcha  issiqlik  mashinalarida isitkichdan  sovitgichga  beriladigan

energiyaning  bir  qismigina  foydali  ishga  aylanadi.  Unda  issiqlik

mashinalarining unumdorligi qanday kattaliklarga bog‘liq va uni oshirish

uchun nima qilmoq kerak degan savol tug‘iladi. Bu savolga ikkinchi

qonunning Karno ta’rifi javob beradi: ideal issiqlik mashinasining

foydali ish koeffitsiyenti issiqlik beruvchi va issiqlik oluvchilarning

temperaturalari bilangina aniqlanadi.

Òermodinamika qonunlari amalda qanday mashinalar yasash mum-

kinligi va ularning unumdorligini orttirish uchun nimalarga e’tibor

berish zarurligi haqida yo‘llanma beradi.

Ikkinchi tur „perpetuum mobile“. Ikkinchi tur „perpetuum mo-

bile“ okean suvlaridagi ulkan miqdordagi energiyadan ish bajarmas-

dan foydalanish mumkin degan g‘oyaga asoslangan. Òermodina-

mikaning ikkinchi qonuni esa issiqlik miqdori faqat issiq jismdan so-

vuq jismga o‘z-o‘zidan o‘tishi mumkin, teskarisi uchun esa qo‘shimcha

ish bajarish zarur deb ta’kidlaydi. Bu esa ikkinchi tur „perpetuum

mobile“ni yasash mumkin emasligini ko‘rsatadi.

Agar ikkinchi tur „perpetuum mobile“ni yasash mumkin bo‘l-

ganda edi  insoniyat juda ulkan energiya manbayiga ega bo‘lardi. Oke-

anlarda mavjud  10

21 

kg suvning temperaturasini 1 °C ga pasaytirishga

erishilsa, bu 10

24 

J issiqlik miqdori ajratib olishga imkon beradi. Shuncha

energiya beruvchi ko‘mirni temir yo‘l sostaviga yuklasak, uning uzun-

ligi 10

10

 km ni tashkil etadi. Bu esa qariyb Quyosh sistemasining

kattaligiga tengdir.

Sinov savollari

1. Òermodinamika birinchi qonunining ahamiyati nimada? 2. Òermo-

dinamikaning birinchi qonuni jarayonning ro‘y berish yo‘nalishini ko‘rsata

oladimi? 3.Òermodinamikaning ikkinchi qonuni. 4. Òermodinamika ik-

kinchi qonunining ahamiyati nimada? 5. Issiqlik miqdori temperaturasi

past jismdan temperaturasi yuqori jismga o‘tadimi? 6. Òabiatda issiqlik miqdori

to‘laligicha ishga aylanadigan jarayon bo‘lishi 

 

mumkinmi? 7. Issiqlik ishga

aylanishi uchun qanday shartlar bajarilishi mumkin? 8. Issiqlik mashina-

sining foydali ish koeffitsiyenti nimalarga bog‘liq? 9. Ikkinchi tur „perpetuum

mobile“ning  g‘oyasi  nimadan  iborat?  10.  Ikkinchi  tur  „perpetuum

mobile“ni yasash mumkinmi? 11. Okean suvlarining temperaturasini bir

gradusga pasaytirishga erishilsa, qancha issiqlik miqdori ajratib olish mumkin?

12. Bu energiya qancha ko‘mir yonishida ajraladigan energiyaga teng?

10  Fizika,  I  qism

www.ziyouz.com kutubxonasi

162

  

46- §.  Issiqlik mashinasining ish prinsipi.

           Issiqlik mashinasining foydali ish

koeffitsiyenti.  Karno  sikli

M a z m u n i :   issiqlik mashinasi; issiqlik mashinasining foydali

ish koeffitsiyenti; Karno sikli; sovitkichlar.

Issiqlik dvigatellari tarixidan. XVIII asrning ikkinchi yarmida sa-

noatning rivojlanishi insoniyatni mehnat unumdorligini orttiruvchi

qurilmalarni ixtiro qilishga undadi. Birinchi bug‘ dvigatelining loyihasi,

Rossiyada 1765- yilda I . P o l z u n o v  tomonidan yaratildi. Ingliz

ixtirochisi J . U a t t  1784- yilda bug‘ dvigatelini ixtiro qildi. Lekin bu

qurilmalar unumdorligining juda pastligi fransuz injeneri S a d i  K a r -

n o n i  issiqlik mashinalarini takomillashtirish yo‘llarini izlashga da’-

vat etdi.