Referat fizika mavzu

1–rasm. Broun harakatining manzarasi. Qora doirachalar bilan broun zarrachasining har 30 sekunddan so’ng tutgan o’rinlari belgilangan.

Broun harakatining yuzaga chiqishiga sabab shuki, suyuqlikda muvozanat holatda suzib yurgan mikroskopik tomchi yoki qattiq zarrachani uning atrofidagi suyuqlik molekulalari vaqtning har bir momentida ko’plashib turtib turadi. Zarrachalar ana shu turtkilarning teng ta’sir etuvchisi bo’ylab sakraydi. Muvozanatda suzib yurgan zarracha qancha yirik bo’lsa, u holda qarama-qarshi yo’nalishdagi turtkilarning tahminan muvozanatlashish ehtimoli kattaroq bo’ladi. Shuning uchun ham bunday zarracha sustroq harakat qiladi.

Broun harakati, diametri broun zarrachalarining diametridan minglab marta kichik va tezliklari esa mos ravishda kattaroq bo’lgan molekulalarning issiqlik harakati manzarasini go’yo bizga qo’pol tarzda tasvirlab beradi.

Gazlarda molekulyar-issiqlik harakatning xaotikligi barcha molekulalarning tezligi ham kattalik, ham yo’nalish jihatdan bir hil emasligida namoyon bo’ladi. Qo’zg’almas (oqmayotgan) gaz molekulalarining harakatida birorta ham ustunlik qiladigan yo’nalish yo’q-barcha yo’nalishlar teng kuchlidir.

Gazlarda molekulalarning ilgarilanma harakat tezligining kattaligi haqida tasavvur qilish uchun gazlarda tovushning tarqalish tezligini va artelleriya snaryadlari hamda miltiq o’qlarining boshlang’ich tezliklarini esga olish mumkin. Gaz molekulalari deyarli bir-biri bilan bog’lanmaganligi sababli gazda tovushning tarqalishi bevosita molekulalarning harakatiga bog’liq bo’lib qoladi. Demak, molekulalarning harakat tezligi tahminan tovushning gazlarda tarqalish tezligiga teng bo’lishi, ya’ni sekundiga bir necha yuz metrni tashkil qilishi kerak. Snaryad to’pdan yoki o’q miltiqdan poroxning portlashi natijasida hosil bo’lgan gaz molekulalarining bosimi ostida otilib chiqadi; snaryad yoki o’q o’z tezligini gaz molekulalaridan oladi.

Har qanday jism ham unda molekulyar-issiqlik harakati mavjudligi tufayli molekulyar-kinetik energiya zahirasiga egadir. Gazlarda bu energiya molekulalarning ilgarilanma hamda xususiy aylanma harakatlari energiyasidan iborat bo’ladi. Qattiq jismlarda zarrachalar (atomlar, ionlar va molekulalar) ma’lum muvozanat holatlariga nisbatan (ya’ni “kristall panjara tugunlariga” nisbatan) tebranma harakat qilib turadi. O’ta siqilgan gazlarda, suyuqliklarda va qattiq jismlarda zarrachalarning issiqlik jarayonlari davomida yuzaga keladigan harakati energiyasi bilan bir qatorda, molekulalarning o’zaro ta’sirlashuv potensial energiyasi ham katta rol o’ynaydi. Kimyoviy jarayonlarda molekula ichida atomlar yoki ionlarning o’zaro ta’sirlashuv natijasida vujudga keluvchi energiya namoyon bo’ladi; atom va yadro jarayonlarida esa atomlar hamda yadrolar ichida sodir bo’ladigan harakatlar energiyasi va atomlarni tashkil etuvchi zarralarning o’zaro ta’sirlashuv energiyasi namoyon bo’ladi. Nihoyat, atomlarning nurlanish xossasi tufayli jism ichidagi fazo elektromagnit nurlanish bilan to’lgan bo’ladi. Bunday nurlanish miqdoran juda kam bo’lsada, jism ichida uning alohida qismlari orasida “issiqlik muvozanati” qaror topishida muhim rol o’ynaydi. Jismdagi zarrachalar (molekulalar, atomlar, shuningdek atomni tashkil etuvchi qismlari-elektronlar, atom yadrolari) kinetik va potensial energiyalarning jami nurlanish energiyasi bilan birgalikda shu jismning ichki energiyasini tashkil etadi.

Gazdagi molekulalar harakatini tahminan xarakterlash uchun C va normal atmosfera bosimi sharoitidagi havoga tegishli bir qator ma’lumotlar keltiramiz: havoning (shuningdek, ixtiyoriy boshqa bir gazning) har bir kub santimetr hajmida yuqorida aytilgan “normal” sharoitda N=2,7*10¹⁹ ta molekula bor. Agar shu molekulalarni 1 sm³ hajmda bir tekis joylashtirib chiqilsa, ularning har biriga qirrasi 3*10^-7 sm dan kattaroq bo’lgan kub to’g’ri kelgan bo’lar edi. Normal sharoitda havo molekulalarining o’rtacha ilgarilanma harakat tezligi v_il= 450 m/s. Molekulaning diametri santimetrning yuz milliondan ikki-uch ulushi (3*10^-8 sm) atrofida bo’ladi. Normal sharoitda har bir havo molekulasi bir sekund davomida boshqa molekulalar bilan tahminan 7,5 mlrd. marta to’qnashadi; shu sababli uning erkin yugurish yo’li, ya’ni molekulaning ikki to’qnashuv orasida o’tgan o’rtacha yo’li, juda kaltadir. U, chamasi, quyidagi nisbatga teng bo’ladi:sm=

Gazlarda diffuziya (bir-biriga aralashuv) tezligining gaz molekulalarining ilgarilanma harakat tezligiga nisbatan juda kichikligiga erkin yugurish yo’lining juda qisqaligi yoki, to’qnashuv chastotasining kattaligi sababchidir.

2–rasm. Normal zichlikdagi yupqa gaz qatlami molekulalarining manzarasi (tahminan 1mln marta kattalashtirilgan).

2-rasmda shakli parallelipipedga o’xshagan nafis gaz qatlamidagi molekulalarning go’yo bir onda olingan rasmi ko’rsatilgan. Manzaraning chiziqli o’lchamlari haqiqiy o’lchamlariga nisbatan tahminan 1 mln. marta kattalashtirib berilgan. Rasmda ikkita molekulaning to’qnashuvi tasvirlangan, strelkalar molekulalarning to’qnashgunga qadar va undan keyingi tezliklarining yo’nalishini ko’rsatadi [8].

Broun harakatini nazariy jihatdan o’rganishlar statistik qonunlarni bevosita tajribalarda tekshirishga turtki bo’ldi. Bunday tajribalarni Perren, Svedberg va boshqalar o’tkazishdi. Gazlar kinetik nazariyasining formulalarini Broun zarralariga tadbiq qilib, Perren ularni emulsiyada tik taqsimlanishi, atmosferadagi molekulalar sonining balandlik bo’yicha taqsimoti kabidir, degan xulosaga kelgan. U o’tkazgan juda ko’p tajribalar bu fikrning to’g’riligini tasdiqladi. Svedbergning emulsiyadagi zarralar sonini sanash bo’yicha o’tkazgan tajribalari, o’ta ishonchli va qiziqarlidir. Olingan natijalar, Smoluxovskiy yaratgan zichlikning fluktuatsion nazariyasi bilan juda yaxshi mos keldi.

Eynshteyn va Smoluxovskiy ishlaridan keyin, broun harakatining nazariyasi ham matematik, ham fizik jihatdan o’zining keyingi rivojlanishiga erishdi. Smoluxovskiy ishlari asosida yaratilgan broun harakatining statistik nazariyasi, molekulyar-kinetik nazariya chegarasidan chiqib, ehtimollar nazariyasida (Markovning tasodifiy jarayonlar nazariyasi) juda ahamiyatli bo’lib qoldi. Fluktuatsiya nazariyasi fizikaning boshqa bo’limlariga ham bevosita tadbiq qilinib, yanada rivojlantirildi.

Statistik nazariya to’la g’alabaga XX asrning boshlarida, tajribalarda tasdiqlangandan keyingina erishdi. Bu vaqtga kelib ushbu nazariya Gibbsning ishlarida fizikaning mustaqil sohasiga-statistik mexanikaga aylandi. Gibbs tomonidan yaratilgan statistik uslub, undan avval yaratilganlaridan xam umumiy, xam abstraktligi bilan ajralib turadi. U statistik fizika rivojlanishining dastlabki bosqichlariga ta’lluqli bo’lib, yaqqol molekulyar modellarga ehtiyoj sezmadi. Gibbs metodi asosida-alohida molekulalarning harakat qonunlari va xossalari bo’lmasdan, ko’p sonli erkinlik darajalari ya’ni statistik aspekt turadi [5]. Statistik fizikani fan sifatida yaratish uchun Gibbs fazaviy fazo, fazaviy nuqta, fazaviy trayektoriya va statistik ansambl tushunchalarini kiritdi. Fazaviy fazo deganda 6 N o’lchamli formal fazo tushuniladi, chunki, bitta zarraning holatini aniqlash uchun uchta koordinata x, y, z va uchta impulsning proyeksiyalari p_x, p_{y ,}p_z larni bilish kerak. Demak harakatdagi bitta zarraning holatini aniqlashga 6 ta, N ta zarraning holatini aniqlash uchun esa 6N ta kattalikni bilish kerak ekan. Bunday fazoda N ta zarraning holati bitta nuqta bilan ifodalanadi, bunday nuqtaga fazaviy nuqta deyilib, u, sistemaning bitta mikroholatini ifodalaydi. Vaqt o’tishi bilan zarralarning holati o’zgargani uchun, fazaviy nuqtaning o’rni fazaviy fazoda o’zgaradi, shuning uchun fazaviy nuqtaning fazaviy fazoda qoldirgan iziga fazaviy trayektoriya deyiladi. Muvozanat holatidagi qaralayotgan sistemaga taalluqli fazaviy nuqtalar to’plamiga yoki mikroholatlar soniga statistik ansambl deyiladi. Boshqacha aytganda, statistik ansambl qaralayotgan sistemaga taalluqli turli mikroholatlarda turgan mikrokanonik sistemaning nusxalari to’plamidir [6].

XX asrning boshlarida kvant fizika fani vujudga kelgach, kvant zarrachalarni tavsiflash uchun Boze-Eynshteyn va Fermi-Dirak statistikalari yaratildi. Bоzе – Eynshtеyn stаtistikаsi 1924-yildа hind fizigi Sh.Bоzе tоmоnidаn fоtоnlаrni tаvsiflаsh uchun taklif etilgаn,shu yili А. Eynshtеyn uni idеаl gаzlаrni tаvsiflаsh uchun hаm qo`llаgаn.

Qisqa qilib aytadigan bo’lsak, statistik qonuniyatlarning asosini yoki o’zagini ESG’T lar tashkil qiladi. ESG’T larning paydo bo’lishi va rivojlanishi bilan tanishish bilan birgalikda fizika faniga Klauzius,Joul, Mayer, Lomonosov,Kryonig, Mayer, Maksvell va Bolsman, Gibbs, Broun, Perren, Smoluxovskiy, Eynshteyn, Fermi, Dirak, Boze va boshqa ko’plab ulug’ siymolarning qo’shgan xissalari va qilgan ishlari bilan tanishamiz. Bularni o’rganish esa o’quvchi va talabalarda fanga bo’lgan qiziqishni kuchaytiradi. Chunki ko’pchillik o’quvchi va talabalar bu fanni o’rganishda qiynaladilar. Nima sababdan fizika faniga ESG’T larning kirib kelgani va uning qanday ahamiyat kasb etishini anglab yetish muhim va zarurdir.Demak, ushbu keltirilgan ma’lumotlar uzluksiz ta’lim tizimida ESG’Tlarni shakllantirishda yaxshi natija beradi.

2.