13-Ma’ruza Suyuqliklarning qaynashi. Qaynash temperaturasining tashqi bosimga bog’liqligi. Kondensatsiya hodisasi Reja

13-Ma’ruza
Suyuqliklarning qaynashi. Qaynash temperaturasining tashqi bosimga bog’liqligi. Kondensatsiya hodisasi Reja:

1. Suyuqliklarning qaynashi. Qaynash temperaturasining tashqi bosimga bog’liqligi.
2. Kondensatsiya hodisasi

Modda suyuq holatda o’z hajmini saqlaydi, ammo shaklini saqlamaydi. Suyuqlik molekulalari sakrashlar orasida o’z muvozanat holatlari atrofida tebranma harakat qiladi. Molekulaning ikki sakrashlar orasida bir holatdan ikkinchi holatga o’tish vaqtiga o’troq vaqt deyiladi. Katta bo’lmagan hajmda suyuqlik molekulalarining tartibli joylashishi kuzatiladi, katta hajmda esa ular xaotik harakat qiladi. Suyuqliklarda yaqin tartib mavjud va uzoq tartib yo’q. Suyuqlikning bunday holatiga kvazikristallik (kristallga o’xshash) holat deyiladi.

Suyuqlik elastik xossalarga ham ega. Suyuq moddalarda molekulalar orasidagi masofa gazlardagiga nisbatan ancha kichik. Itarishish va tortishish kuchlari yetarlicha qiymatga ega. Harorat ko’tarilishi bilan molekulalar holatining o’zgarishi tezlashadi. Tebranish davri, suyuqlikning yupishqoqligi kamayadi.
Suyuqlikning har bir molekulasiga undan 1,5·10^–7sm dan oshmagan masofada R=1,6·10^–7sm radiusli sfera ichida joylashgan har tomondan o’rab olgan molekulalar tomonidan tortishish kuchlari ta’sir etadi. Bu sferaga molekulalarning ta’sir sferasi deyiladi.
Suyuqlikning sirtida va ichkarisida joylashgan molekulaning holati har xil bo’ladi (89-rasm). Suyuqlik ichkarisida turgan C molekulaga uni o’rab turgan qo’shni molekulalar tomonidan ko’rsatilayotgan ta’sir kuchini suyuqlik sirtidagi A molekulaga boshqa molekulalar tomonidan berilayotgan ta’sir kuchi bilan taqqoslaymiz. Ularning har biriga atroflarida markazlari ta’sir sferasida joylashgan qo’shni molekulalar tomonidan tortishish kuchlari ta’sir etadi. B va C molekulaga har tomondan bir xil kuchlar ta’sir etadi va ular bir-birini muvozanatlaydi. Suyuqlik sirtida turgan A molekulaga har bir suyuqlik molekulasi tomonidan kuch ta’sir etadi. Bu kuchlarning har qaysini ikkita tashkil etuvchilarga ajratish mumkin. Ularning biri suyuqlik sirti bo’ylab, ikkinchisi esa unga perpendikulyar ravishda yo’nalgan. Sirtga perpendikulyar bo’lgan kuchlar qo’shilib suyuqlik ichkarisiga yo’nalgan f natijalovchi kuchni, sirtga urinma kuchlar esa bir-biriga teng va qarama-qarshi bo’lgan sirt bo’ylab yo’nalgan f_k kuchni hosil qiladi.
Sirt qatlamidagi hamma molekulalar hosil qilgan f_L kuchlar qo’shilib suyuqlikka ichki bosim yoki molekulyar bosim deb ataluvchi bosim hosil qiladi. Bu bosim o’n ming atmosferaga teng bo’ladi. f_k kuchlar har bir molekulaga nisbatan muvozanatlashib, bir vaqtning o’zida ularni bir-biri bilan qo’shimcha tarzda bog’lab turadi.
Bu kuchlarning yig’indisi suyuqlikning sirt tarangligi deb ataladi. Suyuqlik sirtini chegaralovchi konturga ta’sir etuvchi taranglik kuchlar yig’indisiga F sirt taranglik kuchi deyiladi. Sirt taranglik kuchi konturga perpendikulyar va suyuqlik sirtiga urinma ravishda yo’nalgan (90-rasm). Bu kuch konturga tegishli molekulalarning soniga, konturning va o’z navbatida konturning uzunligi l ga proporsionaldir. U suyuqlikning erkin sirtini qisqartirishga intiladi (54-rasm).

Binobarin F=σ·l, bu yerda σ-sirt taranglik koeffitsiyenti; o’lchov birligi [σ]= ; suv uchun σ=0,073 . Harorat ko’tarilishi bilan sirt taranglik koeffitsiyenti kamayadi (55-rasm).

Suyuqlik sirtini cho’zish uchun molekulyar kuchlarga qarshi ish bajarish kerak. Suyuqlik sirti qisqarayotganda molekulyar kuchlar ish bajaradi. Bu ishning kattaligini hisoblash uchun o’ng tomoni erkin harakatlanadigan simdan yasalgan П-shakldagi romdan foydalanamiz. Romni sovun eritmasiga tushirilsa, u ikkala tomondan parda bilan qoplanadi. Sirt taranglik kuchi sirtini qisqartirishga intilib, l uzunlikdagi o’ng tomonini (l-kontur uzunligi) ∆x-masofaga siljitadi. Suyuqlik sirtining qisqarishi tufayli bajarilgan ish
(308)
ga teng bo’ladi.
Ko’paytma 2 pardaning ikki yoqlama sirtiga tegishlidir.
Sirt taranglik koeffitsiyenti molekulyar kuchlarning suyuqlik erkin sirtining o’zgarishiga bog’lanishini xarakterlovchi kattalik bo’lib, u suyuqlikning turiga va tashqi faktorlarga bog’liq bo’ladi.
,
-suyuqlik erkin sirtining birlik yuzaga kamayganda molekulyar kuchlar tomonidan bajarilgan ish bilan o’lchanadi. Sirt taranglik kuchlarining bajargan ishi parda erkin sirtining potensial energiyasining kamayishi hisobiga hosil bo’ladi.
Suyuqlik sirtining izotermik ravishda qisqarishi uchun o’tgan sirt potensial energiyasining bir qismiga suyuqlik sirtining erkin energiyasi ∆E deyiladi. Shunga asosan
E = A =  S (309)
Suyuqlik erkin sirtining kamayishi bilan bog’liq ravishda shu energiya hisobiga ish bajariladi. Suyuqlik sirtining pardasi o’z xususiyatiga ko’ra tortilgan elastik pardaga o’xshaydi. Agar parda yassi kontur bilan chegaralangan bo’lsa, uning o’zi yassi bo’lishga harakat qilayotib, suyuqlikning pastki qatlamlariga bosim beradi, qavariq shakldagi parda esa ularni cho’zadi. Shunday qilib, har qanday egri sirtga ega parda suyuqlikka qo’shimcha bosim ko’rsatadi. Agar sirt qavariq bo’lsa, bosim musbat, agar botiq bo’lsa bosim manfiy bo’ladi.
Sferik shaklga ega suyuqlik sirti ustidagi qo’shimcha bosimni aniqlaymiz. Buning kichik sferik segmentini ajratib olamiz (57-rasm). Bu segmentning konturiga qo’yilgan sirt taranglik kuchlari sferik sirtning hamma nuqtalarida urinma ravishda yo’nalgan. Δl kontur elementiga qo’yilgan Δf kuchni qaraymiz. Bu kuch
f =   l, (310)
ga teng. -sirt taranglik koeffitsiyenti. Bu kuch OD radius bilan biror burchak hosil qiladi. Bu kuchning ∆f₁ tashkil etuvchisi OD radiusga parallel yo’nalgan. Bu kuch ∆S segment ostida yotgan suyuqlikni siqadi, ya’ni musbat bosim hosil qiladi. Rasmdan ∆f₁=fsinα ni olamiz yoki (310) ni e’tiborga olib
∆f₁= sinα (311)
ni hosil qilamiz.
Bu kuch ∆l kontur elementiga qo’yilgan. Shu kabi kuchlar konturning boshqa elementlariga ham qo’yilgan. Shuning uchun butun sferik sirt ∆S ga OD radiusga parallel
 (312)
kuch ta’sir etadi. -shar segmenti ∆S ni chegaralovchi konturning uzunligi. Bu kontur doiradan iborat. Doiraning radiusini r orqali belgilaymiz, u holda . U vaqtda
(313)
Rasmdan ko’rinadiki, . Bu qiymatni (313) ga qo’yib
(314)
ekanligini topamiz. Aar bu kuchni segment konturi bilan chegaralangan tekislik yuzasiga bo’lsak, suyuqlik sferik sirtida yuzaga kelgan qo’shimcha bosim ifodasini olamiz.

Demak (315)
Sirt qancha egri bo’lsa, uning radiusi shuncha kichik, binobarin qo’shimcha bosim shuncha katta bo’ladi. Har qanday shakldagi egri sirt ostidagi bosim
(316)
Laplas formulasi yordamida aniqlanadi. Bu yerda R₁ va R₂ lar bir-biriga perpendikulyar 2 ta normal kesimlarning egrilik radiuslari. -suyuqlikning sirt taranglik koeffitsiyenti

Bug' to'yinish haroratidan pastroq haroratga ega bo'lgan yuza bilan tutashsa, u yana qaytadan suvga aylanadi, ana shu hodisa kondensatsiya hodisasi, hosil bo'lgan massa esa kondensat deyiladi.

Amalda kondensatsiya hodisasi — turbina kondensatorlarida, issiqlik almashinish apparatlarida uchraydi.
Kondensatsiya jarayoni issiqlik almashuvi bilan bog'liq, chunki bug' qaytadan suvga aylanishida ichki bug'lanish issiqligi ajraladi.
Kondensatsiya bug' hajmida ham, yuzada ham sodir bo'lishi mumkin. Bug' hajmida bo'ladigan kondensatsiya berilgan bosimda bug'ning to'yinish haroratiga nisbatan sovigan holatda uchraydi.
Xalq xo'jaligining ko'pgina sohalarida, xususan issiqlik energetikasida asosan bug'ning sovuq yuza bilan to'qnashishida hosil bo'ladigan kondensatsiya, ya'ni yuzadagi kondensatsiya jarayoni ishlatiladi. Bunday kondensatsiya yuzaning harorati berilgan bosimda to'yinish haroratidan kichik bo'lgandagina sodir bo'ladi. Qattiq jism yuzasida goho kondensat plyonkasi, goho alohida tomchilar hosil bo'ladi. Birinchi holatdagi kondensatsiya holati plyonkali, ikkinchi holatdagisi tomchili kondensatsiya holati deyiladi.
Kondensatsiya holati yuzaga kelishi, suyuqlik yuzani ho'llashiga va ho'llamasligiga bog'liq bo'ladi. Agar suyuqlik yuzani (sirtni) ho'llasa, bunda plyonkali kondensatsiya hosil bo'ladi. Agar suyuqlik sirtni ho'llamasa, u holda tomchili kondensatsiya hosil bo'ladi.
Yuzaning suyuqlik bilan ho'llanishi va ho'llanmasligi sirt tortilish kuchining ta'siri hisobiga bo'ladi. Nima ta'sirida sirt tortilish kuchi paydo bo'lishini ko'rib chiqamiz.
Suyuqlik hajmida joylashgan zarrachaga o'zaro tortishish kuchlari ta'sir etadi. Bu kuchlarning yig'indisi nolga teng. Sirtda joylashgan zarrachaga shu kuch ta'sir etadi, lekin bu bir tomondan ta'sir etish bo'ladi. Shuning uchun qandaydir kuchlarning yig'indisi sirt tortilish kuchi deyiladi va bu kuch suyuqlik ichiga yo'naladi. Shu kuchlar ta'sirida suyuqlik o'zining sirtini kamaytirishga intiladi. Sirt tortilish kuchining fazalar ajralish chegarasidagi uzunligiga bo'lgan nisbati sirt tortilish kuchi koeffitsienti deyiladi va a bilan belgilanadi. Shularni e'tiborga olganda, suyuqlik yuzasi sirt yuzasi bilan burchak hosil qiladi. Bu 9 bilan belgilanadi.


Agar suyuqlik molekulalari bir-biri bilan qattiq jism molekulalariga nisbatan zaifroq tortishsa, suyuqlik bu jismni ho’llaydi deb aytiladi. Agar suyuqlik molekulalari bir-biri bilan qattiq jism molekulalariga nisbatan kuchliroq tortishsa, suyuqlik bu moddani ho’llamaydi deb ataladi. Masalan, suv toza shishani ho’llaydi, parafinni esa ho’llamaydi. Simob shishani ho’llamaydi, biroq u toza mis va ruxni ho’llaydi. O’simliklarning yaproqlari va poyalari yupqa mumga o’xshash modda bilan qoplangani uchun suv ularni ho’llamaydi.
Suyuqlik qattiq jismni ho’llaydimi yoki ho’llamaydimi, shunga bog’liq ravishda suyuqlik sirtining shakli har xil bo’ladi. Ho’llovchi suyuqlik qattiq jism bilan tegishish chegarasini oshirishga intiladi. Ho’llamaydigan suyuqlik, aksincha, bu chagarani qisqartirishga intiladi. Qattiq jism sirti bilan suyuqlik sirtiga o’tkazilgan urinma orasidagi Ө burchakka chegaraviy burchak deyiladi. Ho’llovchi suyuqlik uchun Ө<90⁰, ho’llamaydigan suyuqlik uchun Ө>90⁰.
Yuqorida aytilganlarga ko’ra, idishga quyilgan suyuqlikning sirti idish devori yaqinida egrilanishi kerak: ho’llovchi suyuqlik bo’lgan holda botiq, ho’llamaydigan suyuqlik bo’lganda esa qavariq sirt hosil bo’ladi. Ingichka idishda chegaraviy egrilanish suyuqlik sirtini to’la egrilab uning butun sirtini qoplab oladi. Bunday egrilangan sirtga menisk deb ataladi. Ingichka idishlarga kapillyarlar deb ataladi.
Ingichka naychalarda qo’shimcha bosim bilan bog’liq ravishda suyuqlik sathining ko’tarilishi yoki pasayish hodisasiga kapillyarlik deyiladi.
Agar suyuqlik qattiq jism sirtini ho’llasa, suyuqlik ko’tariladi, agar suyuqlik qattiq jism sirtini ho’llamasa, suyuqlik kapillyar bo’ylab pastga tushadi. Kapillyar naycha suyuqlikka botirilganda dastlab menisk hosil bo’ladi. Faraz qilamizki, sirt botiq, ya’ni suyuqlik naycha devorini ho’llaydi. Boshlang’ich holatda bosim meniskning ikkala tomonida bir xil bo’ladi. Agar menisk sferik sirtning bir qismi bo’lsa, egrilik radiusining a o b uchburchakdan (60-rasm) osongina aniqlash mumkin.
(317)