Suv bug’i xossalari va diagrammalari bilan tanishish real gazlarda kechadigan termodinamik jarayonlar

6.2.Bug’g’ hosil bo’lish jarayonining pv - diagrammada tasvirlanishi



Bug’ hosil bo’lish jarayonining pv - diagrammada tasvirlanishini ko’rib chiqishda Teplotexnikada qo’llaniladigan quyidagi belgilashlami qabug’l qilamiz: suyuqlikning 0°C dagi barcha parametrlarini "nol" indeksi bilan (v_o, s_o, i_o va xokazo), to’yinish haroratidagi parametrlar bitta shtrix bilan (v׳, s׳, i’ va xokazo), to’yingan quruq bug’ning parametrlarini ikki shtrix bilan (v", s", i" va xokazo), to’yingan nam bug’ning parametrlari x indeks bilan (v_x, s_x, i_x va xokazo) belgilanadi, o’ta qizigan bug’ parametrlari esa indekssiz yoziladi.
Silindrda porshen ostida 1 kg suv bor va uni bug’ga aylantirish kerak deb faraz qilaylik. Silindr porsheniga tashqi tomondan nagruzka -P kuch qo’yilgan va bug’ kuch silindr ichida bosimning o’zgarmas bo’lishini ta׳minlaydi deb faraz qilaylik.
Diagrammada absissalar o’qiga suvning va hosil bo’lgan bug’ning nisbiy hajmi, ordinatalar o’qiga esa silindrdagi bosim quyilgan.
SHuni aytib o’tish kerakki, diagrammadagi egri chiziqlar suv va bug’ hajmlarining haqiqiy nisbatiga mos kelmaydi. Bug’nga sabab shuki, past bosimlarda suvning hajmi shu bosimdagi to’yingan bug’ning hajmiga nisbatan hisobga olmas darajada kichik bo’ladi. Shunday qilib, agar diagramma qurishda qat’iy proportsiyalarga rioya qilsak va suvning hajmini abtsissalar o’qining millimetrlarda ifodalangan kesmasi bilan belgilasak, u holda to’yingan quruq bug’ning hajmini metrlarda ifodalangan kesma bilan tasvirlashga to’ri kelgan bo’lar edi.
Diagrammani ko’rib chiqishni suyuqlikni 0 °C dan qaynash haroratigacha isitishdan boshlash kerak edi. Lekin bug’ oraliqda suvning hajmi shunchalik kam o’zgaradiki, uni diagrammada tasvirlashning ahamiyati qolmaydi. Shu sababli bug’ hosil bo’lish jarayonini pv - diagrammada ko’rib chiqishni qaynash paytidan boshlaymiz, uning dastlabki isishini ko’rib o’tirmaymiz. Shunday qilib, bug’ hosil bo’lish jarayonining boshlanishi diagrammada ׳1 nuqta bilan xarakterlanadi. Bug’ 1 kg suv to’yinish harorati va bosimida (p₁ va t₁) silindrda v׳₁ hajmni egallaydi degan so’zdir. Amaliy jixatdan silindrda xuddi shu paytda suvdan iborat bir fazali sistemaning o’zi bo’ladi. Silindrga yana issiqlik Keltirilganda suv asta-sekin bug’ga aylanadi. Bug’ hosil bo’lish jarayoni o’zgarmas bosimda ׳1-1" izobara bo’yicha boradi. Bug’ izobara bir vaqtning o’zida izoterma hamdir, chunki shu vaqtda Keltirilgan issiqlik suv va bug’ haroratining ortishiga emas, baiki faqat molekulalar orasidagi tortishish kuchlarini yengishga va bug’ning kengayish ishiga sarflanadi. Bug’ vaqtda silindrda ikki fazali muhit: suv+bug’ bo’ladi, bug’ muhit to’yingan nam bug’ deyiladi.
Hosil bo’layotgan bug’ kengayib, porshenni chapdan o’ngga siljitadi va o’zining silindrdagi hajmini kengaytiradi. Silindrda suv qanchalik kam qolsa, unda shunchalik ko’p bug’ hosil bo’ladi. Bug’ quriy boshlaydi va uning hajmi kattalashadi.
Nuqta 1" da suyuqlikning oxirgi zarrasi ham bug’ga aylanadi. Bug’ nuqta yana shu jixatdan ham ahamiyatliki, u silindrda 1 kg suv 1 kg to’yingan bug’ga aylangan momentni ko’rsatadi. Silindrda yana bir fazali muhit paydo bo’ladi - bug’ to’yinish harorati va bosimidagi, parametrlari p₁, v"₁, t₁ bo’lgan to’yingan quruq bug’dir.
To’yingan quruq bug’ning holati beqarordir. Nuqta 1" dan jarayon bug’ning o’ta qizishi yoki, aksincha kondensatlanishi yo’nalishida keti shi mumkin. Agar silindrga o’zgarmas bosimda issiqlik keltirilishi davom ettirilsa, u holda to’yingan quruq bug’ning o’ta qizigan bug’ga aylanish jarayoni 1"-׳1 izobara bo’yicha ketadi; bug’ izobara bir vaqtning o’zida izoterma bo’la olmaydi (׳1-1" chiziq bo’yicha bug’ hosil bo’lishidagining aksicha), chunki to’yingan quruq bug’ga Keltirilgan issiqlik uning haroratining ko’tarilishiga, ya׳ni bug’ning o’ta qizishiga sarflanadi. Agar to’yingan quruq bug’dan (1" nuqta) o’zgarmas bosim va haroratda issiqlik olib keti lsa, u holda 1 kg to’yingan quruq bug’ asta-sekin 1"-׳1 chiziq bo’yicha kondensatlanib, 1 kg suvga aylanadi (׳1 nuqta).
SHunday qilib, ׳1-1" chiziq bo’yicha chapdan o’ngga ketadigan jarayon bug’ hosil bo’lish jarayoni, 1"-׳1 chiziq bo’yicha o’ngdan chapga boradigan jarayon esa kondensatlanish jarayoni bo’ladi.
Endi 1 kg suvning p₂>p₁ bosimda bug’ga aylanish jarayonini ko’rib chiqamiz. Ma׳lumki, bosim ortishi bilan qaynash harorati ham ko’tariladi. Suv qaynash harorati t₂>t₁ gacha isib, hajmi (qizdirilganda kengayish hisobiga) v׳₂>v׳₁ gacha ko’payadi. SHuning uchun suvning qaynay boshlashini ko’rsatuvchi ׳2 nuqta p₂ bosimga mos keladigan tegishli ordinata ׳1 nuqtadan o’ng tomonda joylashgan.
Suvning ׳2-2" izobara bo’yicha o’tadigan keyingi bug’lanish jarayoni p₁ bosimda boradigan hozirgina ko’rib chiqilgan jarayonga (׳1-1" izobara) o’xshaydi. Ma׳lumki, bosim ortishi bilan to’yingan quruq bug’ning zichligi ortadi, uning nisbiy hajmi esa (zichlikka Teskari kattalik) kamayadi. SHuning uchun 2" nuqta 1" nuqtadan chaproqda joylashadi.
Agar 1 kg suvning bug’lanish jarayonini p₃>p₂ bosimda o’tkazsak, bug’lanish jarayoni p₂ bosimdagiga qaraganda tezroq tugaydi. To’yingan quruq bug’ning nuqta 3" dagi solishtirma hajmi uning nuqta 2" dagi solishtirma hajmidan kichik bo’ladi. SHunday qilib, diagrammadan ko’rinib turibdiki, bosim ortganda suvning qaynay boshlash nuqtalari bilan uning to’liq bug’lanish nuqtalari orasida yotadigan kesmalar (׳1-1", ׳2-2", ׳3-3" izobaralar) qisqaradi. Muayyan haroratda va unga muvofiq keladigan bosimda suv bilan bug’ hajmiarining ayirmasi nolga teng bo’ladi. Suvning qaynay boshlash nuqtasi bilan bug’ hosil bo’lishining tugash nuqtasi biror K nuqtada ustma-ust tushadi.
Moddaning kritik holati. Bug’ hosil bo’lish diagrammasidagi K nuqta kritik nuqta deyiladi. Bug’ nuqta moddaning kritik holatiga to’ri keladi va shu sababli uning K nuqtadagi holat parametrlari kritik parametrlar deyiladi. Kritik nuqtada suyuqlik bilan uning to’yingan bug’i o’rtasidagi farq yo’qoladi. Suyuqlik bilan bug’ning solishtirma hajmiari va zichliklarining qiymatlari bir hil bo’lib qoladi.
Kritik haroratda va undan yuqori haroratlarda suv gazga o’xshash bo’lib qoladi: bosim ko’tarilganda uning hajmi kamayadi. Bug’ holatni gazsimon holat deyish ham mumkin. SHunisi qiziqki, yuqori bosimda bug’nday gazning zichligi suyuqlikning zichligidan katta bo’lib keti shi mumkin. SHunday qilib, kritik holatdagi modda bir fazali bo’lib, bir vaqtning o’zida ham gaz holatdagi, ham suyuq jismlarning hossalariga ega bo’ladi.
Kritik nuqta orqali o’tadigan izoterma kritik izoterma deyiladi. Bug’ izoterma o’ta qizigan bug’ sohasini shartli ravishda ikki qismga bo’ladi. CHiziqning chap tomonida harorati kritik haroratdan past bo’lgan o’ta qizigan bug’ bo’ladi. Uni osonlik bilan suyuqlikka aylantirish mumkin. Bug’ning uchun o’zgarmas bosimda harorat oshiriladi va o’ta qizigan bug’ ikki fazali holatni (suv+to’yingan bug’) o’tib, suyuqlikka aylanadi. Kritik izotermadan o’ng tomonda hossalari jixatidan ideal gazga yaqinlashadigan bug’ bo’ladi. Uni suyuq holatga o’tkazish uchun dastlab harorati kritik haroratdan past haroratgacha tushiriladi va tegishlicha bug’ bosimi ham pasayadi. So’ngra bug’ izotermik siqiladi va ikki fazali holatga (suv+bug’) o’tkaziladi, shundan keyin esa to’yingan bug’ suvga aylantiriladi.
Suv bug’i uchun kritik holat parametrlarining qiymatlari quyidagicha bo’ladi: