Termodinamik muvozanatda bo’lmagan tizimlarda ko’chish hodisalari

Termodinamik muvozanatda bo’lmagan tizimlarda ko’chish hodisalari
Bizga ma`lumki, gaz molekulalarining tezligini kinetik nazariyasining asosiy
tenglamasi
т
2
3
2
2
k
m
(14.1)
deb hisoblanganda molekulalarning tezliklari uchun juda katta son qiymat kelib
chiqadi. Xona temperaturasida molekulalar tezligi havo molekulalari uchun 500 m/c
va vodorod molekulalari uchun 1800 m/s ga teng bo`lib chiqadi va bu bevosita
tajribada tasdiqlangan. Bu qiymatlar kutilmagan darajada katta bo`lib tuyuladi,
chunki yuzaki qaraganda yaxshi ma`lum bo`lgan dalillarga zid keladi.
Misollar yordamida tushuntiraylik:
a) Muvozanat holatida gazning temperaturasi u egallagan hajmning hamma yerida
birday bo`ladi. Bu degan so`z, gazda zarralarning o`rtacha kinetik energiyasi hamma
joyda bir xildir.
Agar biror tarzda gazning biror qismi isitilsa, shu bilan gazning muvozanati
buzilgan bo`ladi. Biroq bundan keyin gaz o`z holicha qo`yilsa, birmuncha vaqt
o`tgandan keyin gazning muvozanati tiklanadi, temperatura gazning hamma joyida
qaytadan
birday
bo`lib
qoladi.
Temperaturaning
bunday
tenglashishi
molekulalarning uzluksiz haraktlari tufayli bo`lishi ravshan. Faqat gazning energiya
ko`p bo`lgan joyida energiya ko`chishi ro`y beradi. Bu jarayon issiqlik
o`tkazuvchanlik deb ataladi. Gaz molekulalarining harakat tezliklari katta bo`lsada,
issiqlik o`tkazuvchanlik gazlarda juda kichik bo`lishi tajribalarda ko`rilgan.
b) Agar biror hajmni egallagan gazga boshqa gazni qo`shsak va bunda butun hajmda
bosim va temperatura birday bo`lgan holda aralashmaning konsentrasiyasi bir
qismda qolgan boshqa qismlar dagidek ko`proq bo`lsa, biror vaqt o`tgandan keyin
aralashmaning butun hajm bo`yicha tarqalishini va gazning bir jinsli bo`lib qolishini
tajriba
ko`rsatadi.
Konsentrasiyalarning
bunday
tenglashishi
aralashma
molekulalarining bu molekulalar kam bo`lgan yo`nalishda harakati tufayli yuzaga
keladi va diffuziya deb ataladi.
Bunday ko`chish ham molekulalarning harakati tufayli ro`y bergani va bu
harakatlarning tezligi esa katta bo`lgani uchun diffuziya juda tez amalga oshishi va
demak, konsentrasiya bir ondayoq tenglashishi kerak edi. Biroq tajriba shuni
ko`rsatadiki, atmosfera bosimida diffuziya juda sekin jarayon va gaz agar
butunlayiga harakatlanmasa, uning aralashishi bir necha sutkaga cho`zilishi
mumkin.
v) Gazning tez harakatlanayotgan qismlaridan sekin harakatlanayotgan qismlariga
qo`shilishi natijasida impuls ko`chishi (harakat miqdorining ko`chishi) tufayli biror
vaqt o`tgandan keyin gazning butunlay oqish tezligi ham uning hamma qismlarida
birday bo`lib qoladi.
Bu hodisa ichki ishqalanish yoki qovushqoqlik deb ataladi. Demak bu
jarayonlar molekulalarning tez harakatlanishi tufayli ro`y berishiga qaramay,
ko`chish hodisalari shunday sekin amalga oshadi. Bunday nomuvofiqlikning sababi
shundaki, muvozanat tiklanadigan bu hodisalarda faqat molekulalarning harakat
tezliklari emas, shu bilan birga ularning o`zaro to`qnashuvlari ham muhim rol
o`ynaydi. Bu to`qnashuvlar moolekulalarning erkin harakatlanishiga to`sqinlik
qilishi ravshan. Molekulalarning o`zaro ta`siri turli natijalarga olib kelishi mumkin.
Molekulalarning to`qnashuvi natijasida o`z harakat yo`nalishini o`zgartirish
prosessiga molekulalarning sochilishi deyiladi. Molekulaning harakat yo`nalishi
boshqa molekula ta`sirida sezilarli burchakka o`zgarishini molekulalarning
to`qnashuvi deyiladi.
2. Fizikaning ko`p sohalarida zarralarning bir-biri bilan yoki yorug`lik
kvantlarining modda zarralari, shuningdek atom yadrolari bilan o`zaro ta`sirini
ko`rishga to`g`ri keladi. Bunday o`zaro ta`sir masalan: zarra (yoki yorug`lik kvant (
foton) elastik yoki noelastik sochilishi, yutilishi atomni ionlashi va hokozo keltirib
chiqaradi.
Bu holllarning barchasida prosessni miqdoriy xarakterlash uchun bu
prosessning effektiv kesim yuzi tushunchasi kiritiladi. To`g`ri chiziqli
harakatlanayotgan V zarrani ko`z oldimizga keltiraylik.
14.1-rasm
Bu V zarra ro`parada turgan A zara bilan o`zaro ta`sirlashsin deylik. Ammo
V zarra A zarraga yetarlicha yaqinlashib masalan, r masofadan katta bo`lmagan
uchib o`tishi kerak deb faraz qilaylik. Agar zarra harakatlanib, r radiusli orbitaga
yaqinlashib to`g`ri o`tishi bizga qiziqarli. Agar A zarra harakatlanadigan doira
yuzasini
2
r
desak ayni shu prosessni kesimi deyiladi. 1-rasmda to`qnashish
natijasida V-zarrani o`zining dastlabki harakat yo`nalishidan og`ish (sochilishi) holi
ko`rsatilgan.
Molekulalarni sharlar deb to`qnashishini tasavvur qilsak, bu molekulalarning
radiusi r/2 ga teng bo`ladi. Bunday sharlar ko`ndalang kesim yuzi, ya`ni uning katta
doirasining yuzi 2r
2
ga teng. Bu degan so`z, molekulalarning effektiv ko`ndalang
kesimi
molekulaning ko`ndalang kesimi yuzidan 4 marta kattadir.
3. Bizga ma`lumki molekulalar doimo uzluksiz va tartibsiz (Braun) harakatda
bo`ladi to`qnashishgacha molekula to`g`ri chiziqli harakatlanib, to`qnashish
natijasida molekula tezligini yo`nalishi o`zgaradi, shundan so`ng u yana to`g`ri
chiziq bo`ylab harakatlanadi.
14.2-rasm
Molekulaning gazdagi yo`li, shunday qilib 2-rasmda tasvirlangandagiga o`xshab
siniq chiziqdan iborat bo`ladi.
Trayektoriyadagi har bir sinish to`qnashish joyini bildiradi. Molekulaning ikki
ketma-ket to`qnashishlar orasida o`tgan masofa molekulaning erkin yugarish yo`li
deb ataladi. Ammo molekulalar ko`p sonli bo`lgani uchun biz o`rtacha erkin
yugurish yo`lini aniqlashga harakat qilamiz.
S`huningdek gaz molekulalarining vaqt birligi ichidagi to`qnashishlar
orasidagi ular biror
yo`lni erkin bosib o`tadi. Ammo ikki to`qnashish orasidagi bu
yo`lning uzunligi turlichadir. Molekulalar soni nihoyat darajada ko`p va ularning
harakati tartibsiz bo`lgani tufayli molekulalarning erkin yo`lining o`rtacha uzunligi
haqida fikr yuritish mumkin. Molekulalar erkin yo`lining mana shu o`rtacha uzunligi
ni hisoblaymiz.
tezlik bilan harakatlanayotgan aniq bir molekulani olib
qaraymiz; molekulani r radiusli sharga deb tasavvur qilamiz.
Molekula har bir to`qnashishdan so`ng
tezligining yo`nalishini o`zgartiradi,
biroq soddalik uchun, molekula to`qnashishigacha qanday yo`nalishda
harakatlangan bo`lsa, to`qnashgandan so`ng ham o`sha yo`nalishda harakatlanadi
deb faraz qilamiz. Bunday tashqari, soddalik uchun, biz tekshirilayotgan
molekuladan boshqa barcha molekulalar harakasiz turibdi, deb faraz qilamiz. U
holda molekula o`z yo`lida markazlari harakat to`g`ri chizig`idan 2r dan katta
bo`lmagan masofaga yotuvchi molekulalarga tegib o`tadi. Demak, molekula vaqt
birligida, radiusi R=2r va
uzunligi son jihatdan molekulaning ( tezligiga teng
bo`lgan silindr ichida markazlari joylashgan Z dona molekulaning barchasiga tegib
o`tadi. Bundan silindrning ichida bo`ladigan molekulalarning soni Z quyidagiga
teng:
0
2
|