Vii bob. Moddalarning agregat holatlari

bet	1/5
Sana	01.12.2017
Hajmi	389.28 Kb.
	#21255

1 2 3 4 5

130

VII BOB. MODDALARNING AGREGAT

HOLATLARI

28- § 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

>lar orasidagi munosabatlar yordamida aniq-

lanadi:

1) agar áE

ñ >> E

p min

bo‘lsa, modda gaz holatida;

2) agar áE

ñ << E

p min

bo‘lsa, modda qattiq holatda;

3) agar áE

ñ » E

p min

bo‘lsa, modda suyuqlik holatida bo‘ladi.

Endi agregat holatlarning xossalariga va moddalarning bir ag-

regat holatdan ikkinchisiga o‘tish jarayoniga batafsil to‘xtalamiz.

31- §. Real gaz. Real gazning holat tenglamasi

M a z m u n i : real gaz; molekulalarning xususiy hajmlari;

molekulalarning o‘zaro ta’siri; real gazning holat tenglamasi.

Real gaz. Biz molekular fizika bo‘limida ideal gaz modelidan

keng 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.

Molekulalarning xususiy hajmlari. Normal sharoitda 1 m

gazda

2,68 · 10

ta molekula mavjud bo‘lib, taxminan 10

–4

hajmni

egallaydi (molekulaning radiusi 10

–10

m deb olingan.) Albatta,

1 m

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 mo-

lekulalarining xususiy hajmlarini hisobga olmaslik mutlaqo mumkin

emas. Shuning uchun ham ideal gaz uchun yozilgan Klapeyron —

Mendeleyev tenglamasi

pV

= RT

131

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

V

m

— b

(31.1)

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

m

a

V

p

(31.2)

bu yerda a — molekulalar orasidagi tortishish kuchlarini xarakter-

lovchi Van-der-Vaals doimiysi. Demak, real gazda bosim

2

m

a

V

p

(31.3)

bo‘ladi, bu yerda p — ideal gazning bosimi.

Real gazning holat tenglamasi. Endi (31.1) va (31.3) ni hisobga

olib (ya’ni Klapeyron — Mendeleyev tenglamasidagi bosim va

hajmlar o‘rniga topilgan ifodalarni qo‘yib), holat tenglamasini

yozamiz:

(

)

.

m

m

a

V

p

V

b

RT

(31.4)

Bu tenglama bir mol gaz uchun Van-der-Vaals tenglamasi yoki

real gazning holat tenglamasi deyiladi.

a va b har bir gaz uchun alohida qiymatlarni qabul qiladigan

va tajribalar yordamida aniqlanadigan o‘zgarmaslar.

(31.4) tenglamani istalgan miqdordagi v gazga moslashtirish

uchun V = vV

; V

= V/v ligini hisobga olamiz:

2

v a

V

v

V

p

b

RT

öæ

÷ç

÷è

(31.5)

yoki

(

)

v a

V

p

V vb

vRT

(31.6)

132

Sinov savollari

1. Moddalarning agregat holatlari qanday aniqlanadi? 2. <E

> >> E

p min

qanday holat? 3. <E

> << E

p min

qanday holat? 4. <E

> » E

min

qanday holat? 5. Real gaz qanday gaz va u ideal gazdan nimasi bilan

farq qiladi? 6. Normal sharoitda molekulalarning xususiy hajmlarini

hisobga 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?

32- §. 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 ora-

sidagi 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 torti-

shish 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, suyuq-

likning temperaturasi pasayadi. Suyuqlikning temperaturasini o‘z-

garmas 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

133

uzilib chiqadigan molekulalar soni ko‘payadi. Suyuqliklarning

tabiatiga qarab molekulalari orasidagi tortishish kuchlari ham tur-

licha, demak, ulardagi chiqish ishi, ya’ni molekula suyuqlik sirti-

dan 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 xu-

susiyatlarini xarakterlash maqsadida bug‘ hosil bo‘lish solishtirma

issiqligi tushunchasi kiritiladi.

O‘zgarmas temperaturada 1 kg suyuqlikni bug‘ga aylantirish

uchun zarur bo‘lgan issiqlik miqdori bug‘ hosil bo‘lish solishtirma

issiqligi deyiladi va r harfi bilan belgilanadi.

Q

r

m

(32.1)

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

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 moleku-

lalarining 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 kon-

densatsiyalanishining natijasidir.

Òo‘yingan bug‘. Suyuqlik havosi so‘rib olingan yopiq idishga

solingan bo‘lsin. Dastlab, suyuqlikdan bug‘lanayotgan moleku-

lalarning soni ortib boradi . Bug‘ molekulalarining soni ortishi bilan

kondensatsiyalanadigan molekulalar soni ham ko‘payadi. Ma’lum

bir paytda bug‘lanayotgan va kondensatsiyalanayotgan molekulalar

soni tenglashadi. Bunday holat bug‘ va suyuqlikning dinamik mu-

vozanat holati deyiladi. Suyuqlik bilan dinamik muvozanatda bo‘lgan

134

bug‘ to‘yingan bug‘ deyiladi. O‘zgarmas temperaturada suyuqlik

ustidagi bug‘ molekulalarining soni ortib borishi bilan bug‘ bosimi

ham ortib boradi. Bug‘ to‘yinganda bosim ham o‘zining eng katta

qiymatiga erishadi.

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. 49- 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

— kritik temperatura, bosim p

— 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

) izoterma

ideal gaz izotermasiga o‘xshaydi. Kritik temperaturadan past

temperaturali izotermalar (Ò < Ò

) esa to‘lqinsimon qismlarga ega.

Agar barcha izotermalardagi to‘lqinlarning eng chekka nuqtalarini

tutashtirib chiqsak, qo‘ng‘iroqqa o‘xshash chiziq hosil bo‘ladi (50-

rasm). Bu chiziq va kritik izoterma — p,V

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 shun-

daki, u siqilganda suyuqlikka aylanadi. Kritik temperaturadan yuqo-

ri temperaturadagi gaz esa hech qanday bosimda ham suyuq-

likka aylanmaydi.

Demak, kritik temperatura gaz suyuqlikka aylanishi mumkin

bo‘lgan eng yuqori temperaturadir.

49- rasm.

50- rasm.

S+B

V

m

V

m

135

Kritik holat. Kritik holatda modda o‘zini qanday tutadi, degan

savol 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

, V

, Ò

bilan xarakterlanadi. Har bir suyuqlik

uchun kritik temperaturaning qiymatlari turlicha bo‘ladi. Masalan,

geliy uchun Ò

= 5 K, suv uchun Ò

= 647 K.

Qizdirilgan bug‘ va undan texnikada foydalanish. Bir xil bosim-

da o‘zining to‘yinish temperaturasidan yuqori temperaturaga ega

bo‘lgan bug‘ga qizdirilgan bug‘ deyiladi.

Qizdirilgan bug‘ issiqlik dvigatellari turbinalarida ishchi modda

bo‘lib xizmat qiladi.

Ma’lumki, yonilg‘ining ichki energiyasidan unumli foydala-

nishning samarali usullaridan biri uni bug‘ning energiyasiga aylan-

tirishdir. Bug‘ kengayib ish bajaradi va soviydi. Uning ichki energiyasi

harakatlanayotgan porshenning yoki aylanayotgan turbinaning me-

xanik energiyasiga aylanadi. Qozonda hosil qilingan qizdirilgan (qu-

ruq) bug‘ turbinalarga yuboriladi. Qizdirilgan bug‘ning tempe-

raturasi shu qadar yuqoriki, bunday turbinalarning FIK 45% dan

yuqori bo‘ladi.

Òurbinada ish bajargandan keyin ham bug‘ yuqori tempera-

turaga 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‘lani-

shiga 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 su-

yuqlik temperaturasining o‘zgarishiga sabab nima? 7. Bug‘lanishda

temperaturaning o‘zgarishiga uchta misol keltiring. 8. Qizdirilgan suyuq-

likda bug‘lanish jarayonining tezlashishini qanday tushuntirasiz? 9. Òurli

suyuqliklar uchun molekula suyuqlik sirtidan uzilib chiqishi uchun

136

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,

shudring 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. Kri-

tik izoterma deb qanday izotermaga aytiladi? 21. Burilish nuqtasi va

undagi parametrlar qanday nomlanadi? 22. Qo‘ng‘iroqsimon chiziq

p,V

diagrammani nechta va qanday qismlarga ajratadi? 23. Gaz suyuq-

likka aylanishi mumkin bo‘lgan eng yuqori temperatura qanday tem-

peratura? 24. Kritik holat deb qanday holatga aytiladi? 25. Kritik

parametrlarning qiymatlari turli suyuqliklar uchun ham bir xilmi?

26. Qizdirilgan bug‘ deb qanday bug‘ga aytiladi? 27. Bug‘ turbinalarining

FIK nimaga teng? 28. Òurbinada ish bajargan bug‘dan foydalaniladimi?

33- §. Gazlarni suyultirish

M a z m u n i : gazlarni suyultirish; suyultirilgan gazning texnika-

da ishlatilishi.

Gazlarni suyultirish. Gazning suyuqlik holatiga o‘tishiga gazning

suyulishi deyiladi. Xlor, karbonat angidrid, ammiak kabi gazlar

oson suyultirilgan bo‘lsa-da, kislorod, azot, vodorod, geliy kabi

gazlarni suyultirish yo‘lida qilingan urinishlar uzoq vaqtlargacha

muvaffaqiyatsizlikka 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 temperaturadan past, bosimi esa kritik bosimdan

yuqori bo‘lsagina uni suyultirish mumkin. Boshqacha aytganda,

gazni suyultirishdan oldin uning temperaturasini kritik tempe-

raturagacha 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 molekulalar orasidagi tortishish

kuchlariga qarshi ish bajarish natijasida gazning temperaturasi

pasayadi; 2) adiabatik kengayishda tashqi kuchlarga qarshi ish

bajarish natijasida, gazning temperaturasi pasayadi.

137

Kritik temperatura ancha yuqori bo‘lgan gazlarni suyultirish

uchun oldin gaz qizdiriladi, so‘ngra esa sovitiladi. Shu yo‘l bilan

suyuq xlor (Ò

= 415,15 K) , ammiak (Ò

= 405,55 K) olinadi.

Suyuq kislorod (Ò

= 154,45K), azot (Ò

= 126,05 K ), vodorod

(Ò

= 33,25 K) va geliy (Ò

= 5,25 K ) ni olish uchun esa

detander deb nomlanuvchi maxsus qurilmadan foydalaniladi.

Detanderda gazning temperaturasini pasaytirishning yuqorida kel-

tirilgan har ikkala usuli ham qo‘llaniladi. Reaktiv tiðdagi eng

takomil turbodetander akademik P. L. K a p i t s a tomonidan yara-

tilgan. Bu qurilmada siqilgan gaz turbinani aylantiradi va bir vaqt-

ning o‘zida kengayadi, ya’ni ham tashqi kuchlarga qarshi, ham

molekulalararo tortishish kuchlariga qarshi ish bajaradi. Bunda gaz

kuchli soviydi va kondensatsiyalanadi.

Suyultirilgan gazning texnikada ishlatilishi. Suyuq havoning

olinishi texnika taraqqiyoti uchun muhim ahamiyatga ega. Uning

tarkibida kislorodning ko‘pligi yonish jarayoniga katta yordam beradi.

Suyuq havo shimdirilgan ko‘mir kukunining portlash kuchi dina-

mitnikidan qolishmaydi. Suyuq havo stratosferaga uchadigan samo-

lyotlarning yonilg‘i aralashmasini boyitish, domna pechlaridagi

jarayonlarni 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 mum-

kin qadar kamaytirilgan. Òushayotgan nur qizdirmasligi uchun

idish devorlari oynadan qilinadi. Dyuar idishi kundalik hayotimizda

mahsulotni qaynoq saqlash uchun foydalaniladigan termosning

o‘zginasidir.

Sinov savollari

1. Gazlarning suyulishi deb nimaga aytiladi? 2. Gazni qachon

suyultirish mumkin? 3. Gazlarning temperaturasini pasaytirishning qan-

day usullari mavjud? 4. Kritik temperatura yuqori bo‘lgan gazlar qanday

138

sovitiladi? 5. Detander nima maqsadda ishlatiladi? 6. Reaktiv tur-

bodetanderni kim kashf qilgan? 7. Reaktiv turbodetanderning ish prinsiði.

8. Suyuq havo qayerlarda ishlatiladi? 9. Qattiq simob, qattiq spirt qanday

hosil qilinadi? 10. Gazlarning suyulish temperaturasida moddalarning

xossalari qanday o‘zgaradi? 11. Dyuar idishidan nima maqsadda foy-

dalaniladi? 12. Dyuar idishi qanday tuzilgan?

34- §. Havoning namligi. Shudring nuqtasi

M a z m u n i : namlik, absolut va nisbiy namliklar, shudring

nuqtasi; gigrometr, psixrometr.

Download 389.28 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:

1 2 3 4 5