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
Download 4 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Òermodinamikaning birinchi qonuni
- XI BOB . MODDALARNING AGREGAT HOLATLARI
- 48- §. Real gaz. Real gazning holat tenglamasi
- Molekulalarning xususiy hajmlari
- Molekulalarning o‘zaro ta’siri
- Real gazning holat tenglamasi.
- Bu tenglama bir mol gaz uchun Van-der-Vaals tenglamasi yoki real gazning holat tenglamasi deyiladi.
- 49- §. Bug‘lanish va kondensatsiya. Òo‘yingan bug‘. Van-der-Vaals izotermalari. Kritik holat
- O‘zgarmas temperaturada 1 kg suyuqlikni bug‘ga aylantirish uchun zarur bo‘lgan issiqlik miqdori bug‘ hosil bo‘lish solishtirma issiqligi deyiladi va r
- Kondensatsiya. Sovish yoki siqilish natijasida bug‘ning suyuqlik yoki qattiq jism holatiga o‘tishiga kondensatsiya deyiladi.
- Suyuqlik bilan dinamik muvozanatda bo‘lgan bug‘ to‘yingan bug‘ deyiladi.
- Van-der-Vaals izotermalari
- — kritik bosim , hajm V k — kritik hajm deyiladi . ( p k , V k
- Demak, kritik temperatura gaz suyuqlikka aylanishi mumkin bo‘lgan eng yuqori temperaturadir. Kritik holat
- Suyuqlikning bunday holati kritik holat, temperaturaga esa kritik temperatura deyiladi.
- Qizdirilgan bug‘ va undan texnikada foydalanish
- 50- §. Gazlarni suyultirish
- Gazning temperaturasi kritik temperaturadan past, bosimi esa kritik bosimdan yuqori bo‘lsagina uni suyultirish mumkin.
- Suyultirilgan gazning texnikada ishlatilishi
4. 27 °C da bir atomli 20 mol gazning ichki energiyasi qanday? A. 74,8 kJ. B. 748 J. C. 075 J. D. 4,3 J. E. To‘g‘ri javob yo‘q. Mustaqil yechish uchun masalalar 1. Òemperaturasi 20 °C ga ortganda 200 g geliyning ichki ener- giyasi qanchaga o‘zgaradi? (DU = 12,5 kJ.) 2. 320 g kislorodni 10 K ga izobarik qizdirilganda qancha ish bajari- ladi? (A = 830 J.) 3. 15 °C temperaturali 1,5 kg suv bo‘lgan idishga 100 °C tempera- turali 200 g suv bug‘i kiritildi. Bug‘ kondensatsiyalangandan ke- yin umumiy temperatura qanday bo‘ladi? (t = 89 °C.) 4. Ideal issiqlik mashinasi qizdirgichining temperaturasi 117 °C, sovitgichiniki 27 °C. Mashinaning 1 s da qizdirgichdan olayotgan issiqlik miqdori 60 kJ ga teng. Mashinaning FIK ini, 1 s da sovitgichga berilayotgan issiqlik miqdorini va mashinaning quvvatini hisoblang. (h = 23%; Q s = 46 kJ; R = 14 kW.) www.ziyouz.com kutubxonasi 172 Asosiy xulosalar Òermodinamik sistema deb, o‘zaro va tashqi jismlar bilan ta’sirlashadigan va energiya almashadigan makroskopik jismlar majmuasiga aytiladi.
o‘zaro ta’sir energiyalari va ularning issiqlik harakat energiyalarining yig‘indisiga aytiladi.
2 . m i U v RT =
Q T Ñ D = . Uning SI dagi birligi 1
K .
=D + .
Karno siklining foydali ish koeffitsiyenti. 1 2
2 1 1 . Q Q T T Q T - - h = = www.ziyouz.com kutubxonasi 173 XI BOB. MODDALARNING AGREGAT HOLATLARI 38- § da qayd etganimizdek, moddalarning agregat holatlari molekulalarning o‘zaro ta’sir potensial energiyasining eng kichik qiymati E p min va issiqlik betartib harakati kinetik energiyasining o‘rtacha qiymati <E k >lar orasidagi munosabatlar yordamida aniqlanadi: 1) agar áE k ñ >> E p min bo‘lsa, modda gaz holatida; 2) agar áE k ñ << E p min bo‘lsa, modda qattiq holatda; 3) agar áE k ñ » E p min bo‘lsa, modda suyuqlik holatida bo‘ladi. Endi agregat holatlarning xossalariga va moddalarning bir agregat holatdan ikkinchisiga o‘tish jarayoniga batafsil to‘xtalamiz. 48- §. Real gaz. Real gazning holat tenglamasi M a z m u n i : real gaz; molekulalarining xususiy hajmlari; molekulalarning o‘zaro ta’siri; real gazning holat tenglamasi.
foydalandik. Chunki past bosim ostida qizdirilgan va siyraklashtirilgan real gazlarning xossalari ideal gaznikiga juda yaqin bo‘ladi. Ammo, bosim ortishi bilan molekulalar orasidagi o‘rtacha masofa kamayib boradi va natijada molekulalarning xususiy hajmlari va ular orasidagi o‘zaro ta’sirni hisobga olish zarurati tug‘iladi. Ya’ni tabiatda mavjud bo‘lgan gaz — real gaz bilan ish ko‘rishga to‘g‘ri keladi.
3 gazda 2,68 · 10 25 ta molekula mavjud bo‘lib, taxminan 10 –4 m 3 hajmni egallaydi (molekulaning radiusi 10 –10 m deb olingan.) Albatta, 1 m 3 hajmning o‘n mingdan bir qismini hisobga olmaslik mumkin. Lekin 500 MPa bosim ostida molekulalarning xususiy hajmi gaz egallagan hajmning yarmini tashkil etadi. Bunday holda gaz molekulalarining xususiy hajmlarini hisobga olmaslik mutlaqo mumkin emas. Shuning uchun ham ideal gaz uchun yozilgan Klapeyron — Mendeleyev tenglamasi
m = RT da (bir mol gaz uchun) molekulalarning xususiy hajmlarini hisobga oluvchi tuzatish kiritish kerak. Molekulalarning xususiy hajmlarini b harfi bilan belgilasak, u holda molekulalar harakat qilishi mumkin bo‘lgan erkin hajm www.ziyouz.com kutubxonasi
174 V m — b (48.1)
ga teng bo‘ladi, bunda V m — bir mol gazning hajmi. Molekulalarning o‘zaro ta’siri. Gaz molekulalari orasidagi ta’sir kuchi gazda qo‘shimcha bosim vujudga kelishiga olib keladi. Bu bosim ichki bosim deyiladi. Gollandiyalik fizik I. Van-der- Vaalsning hisob- kitoblariga qaraganda, ichki bosim molyar hajmning kvadratiga teskari proporsional: 2
a V p¢ = , (48.2) bu yerda a — molekulalar orasidagi tortishish kuchlarini xarakter- lovchi Van-der-Vaals doimiysi. Demak, real gazda bosim 2
a V p æ ö + ç ÷ ç ÷ è ø
(48.3) bo‘ladi, bu yerda p — ideal gazning bosimi. Real gazning holat tenglamasi. Endi (48.1) va (48.3) ni hisobga olib (ya’ni Klapeyron — Mendeleyev tenglamasidagi bosim va hajmlar o‘rniga topilgan ifodalarni qo‘yib), holat tenglamasini yozamiz: ( ) 2 .
m a V p V b RT æ ö + × - = ç ÷ ç ÷ è ø
(48.4)
tajribalar yordamida aniqlanadigan o‘zgarmaslar. (48.4) tenglamani istalgan miqdordagi v gazga moslashtirish uchun V = vV m ; V m = V/v ligini hisobga olamiz: p b RT v a V V v + æ èç ö ø÷ - æ èç ö ø÷ =
2 2
(48.5) yoki
( )
V vb vRT v a V + æ èç ö ø÷ - = 2 2 .
(48.6) Sinov savollari 1. Moddalarning agregat holatlari qanday aniqlanadi? 2. <E k > >>
E p min
qanday holat? 3. <E k > << E p min qanday holat? 4. <E k > » E p
min qanday holat? 5. Real gaz qanday gaz va u ideal gazdan nimasi bilan farq qiladi? 6. Normal sharoitda molekulalarning xususiy hajmlarini hisobga www.ziyouz.com kutubxonasi
175 olish shartmi? 7. Qachon molekulalarning xususiy hajmlarini hisobga olish kerak? 8. Molekulalar harakat qiladigan xususiy hajm nimaga teng? 9. Real gazda ichki bosimni qanday kuchlar vujudga keltiradi? 10. Ichki bosim nimaga teng? 11. Real gazning umumiy bosimi nimaga teng? 12. Bir mol gaz uchun holat tenglamasi. 13. Istalgan miqdordagi gaz uchun holat tenglamasi. 14. Van-der-Vaals doimiylarining qiymatlari qanday aniqlanadi? 49- §. Bug‘lanish va kondensatsiya. Òo‘yingan bug‘. Van-der-Vaals izotermalari. Kritik holat M a z m u n i : bug‘lanish; kondensatsiya; to‘yingan bug‘; Van- der-Vaals izotermalari; kritik holat; qizdirilgan bug‘ va undan texnikada foydalanish. Bug‘lanish. Moddaning bug‘ (gaz) holatiga o‘tishiga bug‘lanish deyiladi. Nafaqat suyuqliklar, balki qattiq jismlar ham bug‘lanadi. Qattiq jismlarning bug‘lanishi sublimatsiya yoki vazgonka deyiladi. Suyuqlikning bug‘lanishini ko‘raylik. Bug‘lanish suyuqlik molekulalarining betartib harakatining natijasidir. Har qanday molekula suyuqlik sirtidan uzilib chiqishi uchun molekulalar orasidagi tortishish natijasida vujudga keladigan sirt qatlami qarshiligini yenga olishi kerak. Ya’ni molekulalarning kinetik energiyasi sirt qatlamidan uzilib chiqishi uchun yetarli bo‘lmog‘i darkor. Suyuqlik molekulasi sirt qatlamidan, suyuqlik molekulalari orasidagi tortishish kuchlarining ta’sir radiusidan kattaroq masofaga uzoqlashsa, bug‘ molekulasiga aylanadi. Suyuqlik molekulalarining tezliklari turlicha. Ularning orasida eng katta tezlikka ega bo‘lganlarigina (eng katta kinetik energiyaga ega bo‘lganlarigina) suyuqlik sirtidan chiqa oladi. Natijada suyuqlikda tezligi kichik molekulalar qolib, suyuqlikning temperaturasi pasayadi. Suyuqlikning temperaturasini o‘zgarmas qilib saqlash yoki bug‘lanish jarayonini tezlatish uchun esa qo‘shimcha issiqlik miqdori beriladi. Agar suyuqlik qizdirilsa, katta tezlikli molekulalarning soni ham ortadi va natijada suyuqlik sirtidan uzilib chiqadigan molekulalar soni ko‘payadi. Suyuqliklarning tabiatiga qarab molekulalari orasidagi tortishish kuchlari ham turlicha, demak, ulardagi chiqish ishi, ya’ni molekula suyuqlik sirtidan uzilib chiqishi uchun bajarishi kerak bo‘lgan ish yoki bir xil miqdordagi suyuqliklarni to‘la bug‘latish uchun zarur bo‘ladigan issiqlik miqdori ham turlichadir. Suyuqliklarning aynan shu xususiyatlarini xarakterlash maqsadida bug‘ hosil bo‘lish solishtirma issiqligi tushunchasi kiritiladi.
www.ziyouz.com kutubxonasi 176 r m Q = , (49.1)
bu yerda Q — issiqlik miqdori, m — suyuqlik massasi. SI da bug‘ hosil bo‘lish solishtirma issiqligining birligi J/kg. [ ] [ ] [ ]
r Q m = = = 1 J
1kg J kg 1 Kondensatsiya. Sovish yoki siqilish natijasida bug‘ning suyuqlik yoki qattiq jism holatiga o‘tishiga kondensatsiya deyiladi. Suyuqlikni bug‘latish uchun qancha issiqlik miqdori sarflangan bo‘lsa, kondensatsiyalanganda ham shuncha energiya ajralib chiqadi. Demak, bug‘lanishda moddaning ichki energiyasi ortsa (issiqlik miqdori olinadi), kondensatsiyada ichki energiyasi kamayadi (energiya ajraladi). Har ikkala jarayon ham modda va atrof-muhit o‘rtasida energiya almashinuvining natijasidir. Kondensatsiya ikki xil usulda ro‘y berishi mumkin. Betartib harakat qilayotgan bug‘ molekulasi qaytadan suyuqlik molekulalarining ta’sir doirasiga tushib qolishi mumkin. Bunday molekulalarni suyuqlik o‘ziga singdirib oladi. Sovish natijasida bug‘ molekulalarining energiyalari kamayadi va ular birikib, tomchilar hosil qilib, suyuqlikka qaytib tushadi. Yomg‘ir, qor, shudring va qirovlar suv bug‘larining tabiatda kondensatsiyalanishining natijasidir.
bo‘lsin. Dastlab, suyuqlikdan bug‘lanayotgan molekulalarning soni ortib boradi . Bug‘ molekulalarining soni ortishi bilan kondensatsiya- lanadigan molekulalar soni ham ko‘payadi. Ma’lum bir paytda bug‘lanayotgan va kondensatsiyalanayotgan molekulalar soni tenglashadi. Bunday holat bug‘ va suyuqlikning dinamik muvozanat holati deyiladi. Suyuqlik bilan dinamik muvozanatda bo‘lgan bug‘ to‘yingan bug‘ deyiladi. O‘zgarmas temperaturada suyuqlik ustidagi bug‘ molekulalarining soni ortib borishi bilan bug‘ bosimi ham ortib boradi. Bug‘ to‘yinganda
Endi o‘zgarmas temperaturada to‘yingan bug‘ bosimining hajmga bog‘liqligini o‘rganaylik. Jarayon izotermik bo‘lgani uchun (Ò = const) real gaz, ya’ni Van-der-Vaals izotermalariga murojaat qilamiz. Van-der-Vaals izotermalari. 71- rasmda bir mol gaz uchun Van-der- Vaals izotermalari keltirilgan. Izotermalardan birida faqat bitta egilish nuqtasi (k) mavjud. Bu izoterma kritik izoterma deyiladi. Kritik izotermaning burilish nuqtasi kritik nuqta, undagi temperatura Ò k — kritik temperatura, www.ziyouz.com kutubxonasi 177 bosim p k — kritik bosim, hajm V k — kritik hajm deyiladi. (p k , V k , Ò k ) parametrli holat esa kritik holat deyiladi. Kritik temperaturadan yuqori temperaturadagi (Ò > Ò k ) izoterma ideal gaz izotermasiga o‘xshaydi. Kritik temperaturadan past temperaturali izotermalar (Ò < Ò k ) esa to‘lqinsimon qismlarga ega. Agar barcha izotermalardagi to‘lqinlarning eng chekka nuqtalarini tutashtirib chiqsak, qo‘ng‘iroqqa o‘xshash chiziq hosil bo‘ladi (72- rasm). Bu chiziq va kritik izoterma — p,V m diagrammani uch qismga bo‘ladi. Qo‘ng‘iroqsimon chiziq ostida ikki xil suyuqlik va to‘yingan bug‘ holati yotadi. Chap tomonda suyuq holat, o‘ng tomonda esa bug‘ holati yotadi. Bug‘ning gaz holatidan farqi shundaki, u siqilganda suyuqlikka aylanadi. Kritik temperaturadan yuqori temperaturadagi gaz esa hech qanday bosimda ham suyuqlikka aylanmaydi.
tug‘iladi. Òemperatura ortishi bilan to‘yingan bug‘ning zichligi ortib boradi, suyuqlikning zichligi esa kengayishi natijasida kamayib boradi. Òemperatura ko‘tarilgan sari bu zichliklarning qiymatlari bir-biriga yaqinlashadi va ma’lum bir temperaturada tenglashadi. Boshqacha aytganda, suyuqlik va bug‘ orasidagi farq yo‘qoladi. Suyuqlikning bunday holati kritik holat, temperaturaga esa kritik temperatura deyiladi. Yuqorida aytilganidek, kritik holat kritik parametrlar p k , V k , Ò k bilan
xarakterlanadi. Har bir suyuqlik uchun kritik temperaturaning qiymatlari turlicha bo‘ladi. Masalan, geliy uchun Ò k = 5 K, suv uchun Ò k = 647 K.
Qizdirilgan bug‘ va undan texnikada foydalanish. Bir xil bosimda o‘zining to‘yinish temperaturasidan yuqori temperaturaga ega bo‘lgan bug‘ga qizdirilgan bug‘ deyiladi.
S G B S+B
V m V m 12 Fizika, I qism www.ziyouz.com kutubxonasi
178 Qizdirilgan bug‘ issiqlik dvigatellari, turbinalarida ishchi modda bo‘lib xizmat qiladi. Ma’lumki, yonilg‘ining ichki energiyasidan unumli foydalanishning samarali usullaridan biri uni bug‘ning energiyasiga aylantirishdir. Bug‘ kengayib ish bajaradi va soviydi. Uning ichki energiyasi harakatlanayot- gan porshenning yoki aylanayotgan turbinaning mexanik energiyasiga aylanadi. Qozonda hosil qilingan qizdirilgan (quruq) bug‘ turbinalarga yuboriladi. Qizdirilgan bug‘ning temperaturasi shu qadar yuqoriki, bunday turbinalarning FIK 45% dan yuqori bo‘ladi. Òurbinada ish bajargandan keyin ham bug‘ yuqori temperaturaga va katta energiya zaxirasiga ega bo‘ladi va isitish sistemalarida foydalaniladi. Suv bug‘ining energiyasidan issiqlik elektrostansiyalarining bug‘ turbinalarida, issiqlik mashinalarida va oziq-ovqat sanoatida keng foydalaniladi. Sinov savollari 1. Bug‘lanish deb nimaga aytiladi? 2. Qattiq jismlarning bug‘lanishiga nima deyiladi? 3. Qachon molekula suyuqlikni tark etishi mumkin? 4. Qachon suyuqlik molekulasi bug‘ molekulasiga aylanadi? 5. Bug‘lanish natijasida suyuqlikning temperaturasi o‘zgaradimi? 6. Bug‘lanishda suyuqlik temperaturasining o‘zgarishiga sabab nima? 7. Bug‘lanishda temperaturaning o‘zgarishiga uchta misol keltiring. 8. Qizdirilgan suyuqlikda bug‘lanish jarayonining tezlashishini qanday tushuntirasiz? 9. Òurli suyuqliklar uchun molekula suyuqlik sirtidan uzilib chiqishi uchun bajarishi kerak bo‘lgan ish tengmi? 10. Nima maqsadda bug‘ hosil bo‘lish solishtirma issiqligi tushunchasi kiritilgan? 11. Bug‘ hosil bo‘lish solishtirma issiqligi deb nimaga aytiladi? Uning SI dagi birligi. 12. Kondensatsiya deb nimaga aytiladi? 13. Kondensatsiyada energiya ajraladimi yoki yutiladimi? 14. Kondensatsiyada sistemaning ichki energiyasi ortadimi yoki kamaya- dimi? 15. Kondensatsiyaning ro‘y berish usullari. 16. Yomg‘ir, qor, shud- ring va qirov qanday hosil bo‘ladi? 17. Qanday bug‘ to‘yingan bug‘ deyiladi? 18. Òo‘yingan bug‘ bosimi qanday bo‘ladi? 19. Van-der-Vaals izotermalari ideal gaz izotermalaridan nimasi bilan farq qiladi? 20. Kritik izoterma deb qanday izotermaga aytiladi? 21. Burilish nuqtasi va undagi parametrlar qanday nomlanadi? 22. Qo‘ng‘iroqsimon chiziq p,V m diagrammani nechta va qanday qismlarga ajratadi? 23. Gaz suyuqlikka aylanishi mumkin bo‘lgan eng yuqori temperatura qanday temperatura? 24. Kritik holat deb qanday holatga aytiladi? 25. Kritik parametrlarning qiymatlari turli suyuqliklar uchun ham bir xilmi? 26. Qizdirilgan bug‘ www.ziyouz.com kutubxonasi 179 deb qanday bug‘ga aytiladi? 27. Bug‘ turbinalarining FIK nimaga teng? 28. Òurbinada ish bajargan bug‘dan foydalaniladimi?
M a z m u n i : gazlarni suyultirish; suyultirilgan gazning texnikada ishlatilishi.
suyultirilgan bo‘lsa-da, kislorod, azot, vodorod, geliy kabi gazlarni suyultirish yo‘lida qilingan urinishlar uzoq vaqtlargacha muvaffaqiyat- sizlikka uchrab keldi. Kislorod va azot gazlari umuman suyuq holatda bo‘la olmaydi degan fikrlar ham paydo bo‘ldi. Ammo bu urinishlarning muvaffaqiyatsizlikka uchraganligining sababini birinchi bo‘lib D. I. M e n d e l e y e v tushuntirib berdi. Gazning temperaturasi kritik
oldin uning temperaturasini kritik temperaturagacha pasaytirish kerak. Gazlarni suyultirish uchun ularning temperaturasini pasaytirish ikki xil usulda amalga oshirilishi mumkin: 1) agar gazning temperaturasi inversiya va kritik temperaturadan past bo‘lsa, unda kengayishda mole- kulalar orasidagi tortishish kuchlariga qarshi ish bajarish natijasida gazning temperaturasi pasayadi; 2) adiabatik kengayishda tashqi kuchlarga qarshi ish bajarish natijasida, gazning temperaturasi pasayadi. Kritik temperatura ancha yuqori bo‘lgan gazlarni suyultirish uchun oldin gaz qisdiriladi, so‘ngra esa sovitiladi. Shu yo‘l bilan suyuq xlor (Ò kr = 415,15 K) , ammiak (Ò kr = 405,55 K) olinadi. Suyuq kislorod (Ò kr = 154,45K), azot (Ò kr = 126,05 K ), vodorod (Ò kr = 33,25 K) va geliy (Ò kr = 5,25 K ) ni olish uchun esa detander deb nomlanuvchi maxsus qurilmadan foydalaniladi. Detanderda gazning temperaturasini pasaytirishning yuqorida keltirilgan har ikkala usuli ham qo‘llaniladi. Reaktiv tiðdagi eng takomil turbodetander akademik P. L. K a p i t s a tomonidan yaratilgan. Bu qurilmada siqilgan gaz turbinani aylantiradi va bir vaqtning o‘zida kengayadi, ya’ni ham tashqi kuchlarga qarshi, ham molekulalararo tortishish kuchlariga qarshi ish bajaradi. Bunda gaz kuchli soviydi va kondensatsiyalanadi.
olinishi texnika taraqqiyoti uchun muhim ahamiyatga ega. Uning tarkibida kislorodning ko‘pligi yonish jarayoniga katta yordam beradi. www.ziyouz.com kutubxonasi 180 Suyuq havo shimdirilgan ko‘mir kukunining portlash kuchi dina- mitnikidan qolishmaydi. Suyuq havo stratosferaga uchadigan samolyot- larning yonilg‘i aralashmasini boyitish, domna pechlaridagi jarayon- larni tezlatish va hokazolarga ishlatiladi. Suyultirilgan gazlar temperaturasida turli moddalar qattiq holatga o‘tishi mumkin. Masalan, simobga suyuq havo quyib qattiq simob olish mumkin. Suyultirilgan havo spirtli idishga solinsa, qattiq spirt hosil bo‘ladi. Gazlarning suyulish temperaturasida juda ko‘p moddalarning xossalari keskin o‘zgaradi. Misol uchun, simob va rux bolg‘alanuvchi, plastik metall — qo‘rg‘oshin esa xuddi po‘latdek elastik bo‘lib qoladi. Suyulgan gazlar juda tez bug‘lanadi. Ularni saqlash uchun Dyuar maxsus idish yasadi. U oralaridagi havosi so‘rib olingan ikkita ichma- ich joylashgan shisha idishdan iborat bo‘lib, idish ichidagi moddaning tashqi muhit bilan issiqlik almashinuvi mumkin qadar kamaytirilgan. Òushayotgan nur qizdirmasligi uchun idish devorlari oynadan qilinadi. Dyuar idishi kundalik hayotimizda mahsulotni qaynoq saqlash uchun foydalaniladigan termosning o‘zginasidir. Download 4 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling