7-amaliy mashg’ulot mavzu: Atmosferadagi suv bug'lari

7-AMALIY MASHG’ULOT
Mavzu: Atmosferadagi suv bug'lari
Suyuqlikning sirt qatlamida joylashgan molekulalarning suyuqlikdan tashqariga uchib chiqib, bug‘ fazasiga o‘tishi bug‘lanish deyiladi. Molekulalarning suyuqlik tashqarisiga chiqishi uchun ular suyuqlikda qoluvchi molekulalar torti-shish kuchini yengishi, ya`ni bu kuchlarga qarshi ish bajarishi kerak. Bundan tashqari modda suyuq holatdan gaz holatga o‘tishda o‘z hajmini o‘zgartirishi uchun tashqi bosimga qarshi ham ish bajarishi kerak. Bu ishlar molekulalar issiqlik harakatining kinetik energiyasi hisobiga bajariladi.
Bunday ishni bajarishga hamma molekulalar ham qodir bo‘lavermaydi, ularning faqat yyetarlicha katta kinetik energiyaga ega bo‘lgan qismigina bunday ishni bajarishi mumkin. Shuning uchun bug‘lanish suyuqlikdagi tez molekulalar sonining kamayishiga, ya`ni uning sovishiga olib keladi. Tez bug‘lanuvchan suyuqlik masalan, efir bilan ho‘llangan terining tez sovishi ana shu effektning natijasidir. Demak, suyuqlikni uning haroratini o‘zgartirmagan holda bug‘lantirish uchun unga issiqlik berish kerak.
Ma`lum suyuqlik miqdorini izotermik bug‘lantirish uchun kerak bo‘ladigan issiqlik miqdori Q ga bug‘lanishning yashirin issiqligi deyiladi. Suyuqlikning massa birligiga to‘g‘ri keluvchi yashirin bug‘lanish issiqligi solishtirma bug‘lanish issiqligi deb ataladi.
Bug‘lanish issiqligi suyuqlik molekulalari orasidagi bog‘lanish kuchlarining miqdoriy tavsifidir. Bu kuchlar qancha katta bo‘lsa, bug‘lanishning yashirin issiqligi ham shuncha katta bo‘ladi.
Suyuqlikning qaynashi uning butun hajmi bo‘ylab bug‘lanish jarayoni bo‘lib, bu hodisa suyuqlikning keskin holda bug‘ pufakchalari hosil qilib, ularning suyuqlik sirti orqali tashqariga chiqib yorilishi tarzida ro‘y beradi. Suyuqlikning qaynash harorati tashqi bosimga bog‘liq. Buni quyidagicha tushuntirish mumkin.
Faraz qilaylik: biror sababga ko‘ra, suyuqlikda gaz pufakchasi paydo bo‘lgan bo‘lsin. Bu pufakcha darhol suyuqlikning to‘yingan bug‘i bilan to‘ladi. Ma`lumki, to‘yingan bug‘ning bosimi haroratga bog‘liq. Agar suyuqlikning harorati shunday bo‘lsaki, bunda pufakcha ichidagi to‘yingan bug‘ bosimi suyuqlik ustidagi tashqi bosimdan kichik bo‘lsa, u holda pufakcha kattalashmaydi. Harorat orta borib, pufakcha ichidagi suyuqlik to‘yingan bug‘lari bosimi tashqi bosimga tenglashadigan qiymatiga yetganida pufakcha kattalasha boshlaydi va Arximed kuchi ta`sirida yuqoriga ko‘tarilib, suyuqlik sirtida yoriladi.
Tashqi bosim kamayishi bilan qaynash harorati pasayadi, bosim ortishi bilan esa qaynash harorati ko‘tariladi. Bosimning pasayishi orqali suyuqlikning kamayishini quyudagi tajribada ko‘rsatish mumkin. Stakanga suv quyib, unga termometr tushiriladi. Suvli stakanni vacuum qurilmasidagi qalpoqcha ostiga qo‘yib, nasos ishga tushiriladi. Qalpoqcha ostidagi bosim etarlicha pacayganda stakandagi suv qaynay boshlaydi. Suvning energiyasi bug‘ hosil bo‘lishiga sarf bo‘lishi tufayli, uning qaynashi natijasida stakandagi suvning harorati pasayadi va nasos yaxshi ishlasa, nihoyat, suv muzlaydi.
Suyuqlikning normal atmosfera bosimidagi qaynash harorati qaynash nuqtasi deyiladi.
Qaynash jarayoni suyuqlikdagi erigan gazning mavjudligi bilan uzviy bog‘liqdir.Agar suyuqlikdan unda erigan gazni chiqarib yuborilsa, masalan, uzoq vaqt qaynatib shu suyuqlikni qaynash haroratidan yuqori haroratgacha qizdirish mumkin. Bunday suyuqliklar o‘ta qizigan suyuqlik deyiladi.
Bug‘ hosil qiluvchi markaz vazifasini bajara oluvchi bug‘ning mayda pufakchalarini hosil qiluvchi gaz pufakchalari bo‘la olmaydi, chunki kichik radiusli pufakchalarda katta laplas bosimi hosil bo‘lib, ularni hosil bo‘lishiga to‘sqinlik qiladi. Shu bilan suyuqlikning qizishi tushuntiriladi. Qachondir u qaynaganda, qaynash juda kuchli bo‘ladi.
Suyuqlikning qaynash haroratigacha isitish uchun zarur bo‘lgan issiqlik miqdori Q_c quyidagi formuladan topiladi:

Bu yerda: m-suyuqlikning massasi, C_c-uning solishtirma issiqlik sig‘imi.
O‘zgarmas haroratda suyuqlikni bug‘ga aylanishi uchun zarur bo‘lgan issiqlik miqdori Q _b quyidagi formula bo‘yicha hisoblanadi:

Demak, umumiy issiqlik miqdori quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:

Moddaning solishtirma bug‘lanish issiqligi r tajriba orqali issiqlikning balans tenglamasi yordamida topiladi. Bu qanday bajarilishini r ni suv uchun aniqlash misolida ko‘rib chiqamiz. Buning uchun T₁ haroratli suv solingan kalorimetr olamiz. Qaynatgichdan harorati T_q=373K bo‘lgan bug‘ nay orqali sovuq suvli kalorimetrga keltiriladi va bu yerda bug‘ kondensasiyalanadi. Bir qancha vaqt o‘tgandan so‘ng bug‘ keluvchi nay kalorimetrdan olinadi va oxirgi harorat o‘lchanadi, so‘ngra tarozida tortib suvga aylangan bug‘ning massasi aniqlanadi va issiqlikning balans tenglamasi tuziladi.
Bu tajribada kalorimetr va undagi sovuq suv issiqlik oladi.

Kondensasiyalanganda bug‘ issiqlik beradi va undan hosil bo‘lgab suv T_q dan gacha sovushda issiqlik chiqaradi:



ni olamiz. Bu tenglamadan r ning son qiymati hisoblab topiladi.
Suvni bug‘ga aylantirish uchun ko‘p energiya sarflanadi, shuning uchun suv bug‘ining sovushi va kondensasiyalanishida ham ko‘p ko‘p issiqlik chiqishi va katta ish bajarishi mumkin.
Qozonlarda hosil qilingan suv bug‘larini maxsus qurilmalar yordamida yuqori haroratgacha qizdirib, so‘ngra bug‘ turbinalariga yuboriladi. Bunday bug‘larni quruq yoki o‘ta qizigan bug‘lar deyiladi. Bunda harorat bilan birga bug‘ bosimi ham ortadi, shu sababli o‘ta qizigan bug‘larni yuqori bosimli bug‘ ham deyiladi.
Bug‘ni suyuqlikka aylantirish uchun bosimni orttirish va haroratni pasaytirish zarur. Har bir suyuqlik uchun uning bug‘i orasidagi har qanday farqning yoqolishi mumkin bo‘lgan harorat mavjud. Buni 1861 yilda rus olimi D.I.Mendeleyev aniqladi. U buni “absolyut qaynash harorati” deb atadi. Ingliz olimi Endryus bug‘ning suyuqlikka aulanish jarayonini va aksincha bo‘lgan holni turli bosimlarda tekshirdi va haqiqatda shunday harorat borligini tasdiqladi va uni kritik harorat deb atadi.
Suyuqlik bug‘i bilan uning to‘yingan bug‘i zichligi bir xil qiymatga ega bo‘lgandagi harorat moddaning kritik harorati deb ataladi.
Biror moddaning kritik haroratidagi to‘yintiruvchi bug‘I bosimiga kritik bosim deyiladi. U bu modda to‘yintiruvchi bug‘ining eng katta bosimidir.
Agar modda kritik haroratida va kritik bosimda turgan bo‘lsa, uning bunday holati kritik holat deyiladi. Moddaning kritik holatda egallagan hajmi kritik hajm deyiladi. Bu hajm suyuq holatda modda massasining egallashi mumkin bo‘lgan eng katta hajmi xisoblanadi. Kritik harorat, kritik bosim va kritik hajmning bir mol modda uchun qiymatlari moddaning kritik parametrlari deyiladi.
Harorati kritik haroratdan yuqori bo‘lgan gazsimon holatdagi modda gaz deyiladi. Harorati kritik haroratdan past bo‘lgan gazsimon modda bug‘ deyiladi.
Suyuq eritmalar
Turli moddalarning aralashmasidan iborat bo‘lgan suyuqliklar suyuq eritmalar deb ataladi. Eritmada ko‘proq miqdorda bo‘lgan suyuqlik erituvchi deb ataladi. Masalan, osh tuzi va suvdan tashkil topgan eritmada suv erituvchi bo‘lib xizmat qiladi.
Eritmalar miqdoriy jihatdan konsentrasiya, ya`ni erigan moddaning eritmaga nisbatan nisbiy ulushi (og‘irlik ulushi, molyar ulushi) yoki erituvchining massa birligiga (ba`zan, hajm birligiga) to‘g‘ri keluvchi grammlarda ifodalangan miqdori bilan o‘lchanadi.
Eritmalarning xossalarini o‘rganishda bosim va harorat bilan bir qatorda konsentrasiya ham holatning asosiy parametrlaridan biri bo‘ladi.
Erish jarayoni eruvchi modda zarralarining erituvchi modda zarralari bilan o‘zaro ta`siri natijasidir. Erituvchi modda zarralari bilan eruvchi modda zarralari ora-sidagi o‘zaro ta`sir natijasida eruvchi modda zarralari orasidagi tortishish kuchlari susayadi va ularning bir-biridan ajralishi osonlashadi. Harorat ortishi bilan ajralish jarayoni tezlashadi. Issiqlik harakati tufayli erigan modda zarralari butun erituvchi hajmi bo‘ylab tarqaladi. Ba`zi hollarda erish vaqtida erigan modda zarralarining tabiati ham o‘zgaradi. Bunday hol erigan modda molekulalarining musbat va manfiy ionlarga ajralishi natijasida vujudga keladi.
Erish paytida eritma turiga qarab eritma harorati ortishi, kamayishi yoki o‘zgarmasdan qolishi mumkin. Erish paytida harorati o‘zgarmaydigan eritmalar ideal eritmalar deb ataladi. Agar eritmalarda erigan modda konsentrasiyasi juda kam bo‘lsa, u holda har qanday eritmani ham ideal eritma deb hisoblash mumkin.
Eritmalarning fizik xossalari toza suyuqliklarning xossalaridan farq qiladi. Masalan, birday haroratda eritma ustida erituvchi suyuqlik to‘yingan bug‘larining bosimi toza erituvchi ustidagi to‘yingan bug‘lar bosimidan (elastikligidan) kam bo‘ladi. Raulning birinchi qonuniga ko‘ra, juda kichik konsentrasiyali eritmalar uchun eritma ustidagi erituvchi modda to‘yingan bug‘lari elastikligining kamayishi erigan modda konsentrasiyaga proporsional ekan:
(1)
Har qanday issiqlik mashinasining foydali ish koeffitsiyenti isitkich va sovutkichning xuddi shu haroratlarida Karno sikli bo‘yicha ishlayotgan ideal mashinaning foydali ish koeffitsiyentidan katta bo‘lishi mumkin emas (2-teorema).
Yuqorida aytilganlardan issiqlik mashinasining FIK yuqori bo‘lishi uchun nimalarga e`tibor berish kerakligi ravshan bo‘ladi. Birinchidan, mashinaning sikli iloji boricha qaytar jarayonga yaqin bo‘lishiga intilish kerak. Ikkinchidan, imkoniyat boricha isitkichning haroratini ko‘tarish va sovutkichning haroratini pasaytirish kerak.