Gaz molekulalarining tezliklari. Shtern tajribasi.
Broun harakati.
Ideal gaz qonunlari.
Ideal gaz uchta parametr: temperatura, hajm, va bosim bilan tavsiflanadi.
Berilgan gazning birorta makroskopik parametri o‘zgarmas bo’lganda qolganlari orasidagi bog‘lanishni tavsiflaydigan jarayon izojarayon deb ataladi.
Izojarayonlar 3 xil holatda bo'ladi.
1) Izotermik jarayon (Boyl-Mariott qonuni)
2) Izobarik jarayon (Gey-Lyussak qonuni)
3) Izoxorik jarayon (Sharl qonuni)
Boyl-Mariott qonuni. Temperatura o‘zgarmas bo‘lganda kechadigan fizik jarayonlar izotermik jarayon deyiladi.
O’zgarmas temperaturada gaz siqilsa yoki kengaytirilsa, ya’ni uning xajmi o’zgartirilsa, uning bosimi shunday o’zgaradiki, bunda bosimning xajmga ko’paytmasi o’zgarmas kattalik bo’lib qolaveradi.
Silindr ichiga qamalgan gazning dastlabki hajmi
, bosimi
, o‘zgarmas
temperaturada siqilgandan keyingisi
va
bo‘lsin. U holda quyidagi
munosabat o‘rinli bo’ladi.
yoki
O’zgarmas temperaturada berilgan gazning bosimi hajmiga teskari proporsional ravishda o‘zgaradi.
Izotermik jarayondagi qonuniyatni 1662- yilda ingliz olimi R.Boylva 1676- yilda fransuz fizigi E.Mariott tajribalar asosida bir-biridan bexabar holda kashf etganlar. Shuning uchun bu qonuniyat Boyl-Mariott qonuni deyiladi.
Izotermik siqiluvchanlik koeffitsienti. Gazning ham, boshqa har qanday jismning ham, xajmi o’zgarishi bilan bosimni o’zgartirish xossasi siqiluvchanlik deb ataladi.
Agar hajm o’zgarishi temperatura o’zgarmagani holda ro’y beradigan
bo’lsa, u holda siqiluvchanlik xajmning, bosimni bir birlikka o’zgartiruvchi nisbiy o’zgarishi bilan aniqlanuvchi izotermik siqiluvchanlik koeffitsienti
bilan xarakterlanadi.
dV— gaz xajmining bosimni dP miqdorga o’zgartiruvchi o’zgarishi;
Minus ishora hajmning ortishi bosimning kamayishiga olib kelishini ko’rsatadi. Ideal gazning izotermik siqilish koeffitsienti gaz bosimining teskari kattaligiga teng va SI sistemasida 1/Pa,
Bosim ortishi bilan
kattalik albatta kamayadi, chunki bosim qancha
katta bo’lsa, gazda yanada ko’proq, siqilish imkoniyati shuncha kam bo’ladi.
Gey-Lyussak qonuni. Bosim o‘zgarmas bo‘lganda kechadigan fizik jarayonlar izobarik jarayon deyiladi.
Silindr ichiga gaz qamalgan bo‘lib, porshen faqat og‘irlik kuchi bilan turgan bo‘lsin. Bunday silindrda temperaturaning o’zgarishi porshenni siljitib, hajmni o’zgartiradi. Bosim esa o’zgarmas bo’ladi. Bu holatda gazning dastlabki temperaturasi T1, hajmi V1, ga teng. Silindrdagi gaz temperaturasi T2, ga yetganda hajmi V2, ga yetadi Bu hol uchun quyidagi munosabat o‘rinli bo‘ladi:
yoki
O‘zgarmas bosimda berilgan m massali gazning hajmi temperaturaga to’g’ri proporsional ravishda o‘zgaradi.
Bu qonunni 1802-yilda fransuz olimi Gey-Lyussak kashf etgani uchun Gey-Lyussak qonuni deyiladi.
ideal gazning xajmiy kengayish koeffitsienti absolyut temperaturaning teskari kattaligiga teng bo’lar ekan. 0°С da bu koeffitsient, masalan,
ga teng bo’ladi.
Sharl qonuni. Hajm o‘zgarmas bo‘lganda kechadigan fizik jarayonlar izoxorik jarayon deyiladi.
Ichiga gaz qamalgan silindr porshenini qo‘zg‘almas qilib mahkamlab. gazning dastlabki temperaturasi T1, bosimi P1, ga teng belgilasak. Silindr isitilib, gaz temperaturasi T2, ga o‘zgarganda bosim P2, ga o‘zgaradi. Bu hol uchun quyidagi munosabat o‘rinli bo‘ladi.
yoki
O‘zgarmas hajmda berilgan massali gazning bosimi temperaturaga to’g’ri proporsional ravishda o‘zgaradi.
Bu qonunni 1787- yilda fransuz fizigi J.Sharltajribalar asosida kashf etgani uchun u Sharl qonuni deyiladi.
Avogadro qonuni. Ideal gaz xolati tenglamasidan bevosita Avogadro qonuni kelib chiqadi. Bu qonunga muvofiq, birday bosim va temperaturalarda xar qanday gazning teng hajmidagi molekulalar soni bir xil bo’ladi.
Molekulalari soni bir xil bo’lgan turli gazlarning bir xil bosim va bir xil temperaturalarda bir xil hajm egallashi kelib chiqadi.
SHuning uchun ixtiyoriy gazning bir moli berilgan bosim va temperaturalarda birday xajm egallaydi. Xususan, 0°C (273,15 K) temperatura va 1 atm (105 Pa) bosimda har qanday bir mol gaz
Xajmni egallaydi.
Normal sharoitlarda 1 m3 hajmdagi molekulalar soni no
Bu son Loshmidt sonideb ataladi.
Dalton qonuni. V hajmli idishda issiqlik muvozanati holatida bo’lgan bir-biri bilan ximiyaviy reaksiyaga kirishmaydigan turli gazlarning aralashmasi bo’lsin. Bunday aralashma uchun xolat tenglamasi
yoki
Bu ifoda molekulalarning xar bir gruppasi boshqa gruppa molekulalarining qanday bosim berishiga bog’liq bo’lmagan holda bosim berishini ko’rsatadi. Ya’ni ideal gazda molekulalararo ta’sir yo’q, molekulalar boshqa molekulalarning mavjudligidan «bexabar».
gazlar aralashmasining bosimi uning komponentalari parsial bosimlarining yig’indisiga teng. Dalton qonunining mazmuni shundan iborat bo’lib, albatta u faqat ideal gazlar uchungina o’rinlidir. Yetarlicha yuqori bosimlarda (o’nlab atmosfera tartibida), ya’ni gazlarni ideal deb hisoblash mumkin bo’lmagan bosimlarda Dalton qonunidan birmuncha chetlanishlar bo’lishi kuzatiladi.
Gazlar kinetik nazariyasining asosiy tenglamasi molekulalar ilgarilanma harakati o’rtacha kinetik energiyasi bilan absolyut temperatura orasidagi bog’lanish o’rnatadi.
O’rtacha kvadratik tezligi
Bu tezlik berilgan gaz uchun faqat temperaturaga bog’liq bo’ladi.
Gaz molekulalarining tezliklari.
Shtern tajribasi. Molekulalarning o’rtacha kvadratik tezligi bir necha olimlar tomonidan tajribalarda tekshirib ko’rildi. Ana shu tajribalardan biri 1920-yilda O.Shtern tomonidan amalga oshirildi.
Bu tajribada R radiusli silindr (S) olib, uning o’qi bo’ylab yupqa kumush qatlami bilan qoplangan P plastina sim joylashtirildi. Silindr ichidagi havo maxsus nasos yordamida so’rib olinib undagi bosim 10-5 – 10-6 mm.sim.ust. ga erishilgan. Plastina sim orqali elektr toki o’tkazilganda, u 1235 K gacha qizib, kumush qatlamini bug’lantiradi va bug’lanayotgan kumush atomlari silindrning ichki hajmi bo’ylab gaz kabi erkin tarqaladi.
Kumush atomlarining ingichka oqimini hosil qilish uchun silindr ichiga tor tirqishli kichik radiusli koaksial ravishda joylashtirilgan. Tashqi silindrning ichki qatlamiga kumush atomlarini qayd qiluvchi maxsus plastinka o’rnatilgan. Ana shunday koaksial silindr sistemasi o’z o’qi atrofida 2500-2700 ayl/min tezlikda aylantirilishi mumkin.
Sistema harakatsiz paytida toladan bug’langan kumush atomlari tor tirqish orqali o’tib va tashqi plastinkada o’tirib qolib, kumush atomlarining ingichka izlarini hosil qiladi.
Agar sistema harakatga keltirilsa tor tirqishning tasviri ingichka dastadan iborat bo’lmasdan, yoyilgan DD’ tasvirini beradi. Chunki bug’lanuvchi kumush atomlarining tezliklari turlicha bo’lib, ular tirqishdan tashqi silindrgacha bo’lgan l masofani turli vaqt oralig’ida bosib o’tadi.
Silindr chiziqli tezligi
D va D’ orasidagi masofa S ni o’lchab kumush atomlarining tirqishdan ekranning turli nuqtalariga kelib tushish vaqti
Bu usulda topilgan kumush tezliklari 560 – 640 m/s intervalida ekanligini ko’rsatadi.
Broun harakati.
Zarralar harakatini birinchi bo‘lib, 1827-yilda ingliz botanigi Robert Broun kuzatgan. moddani tashkil etgan molekulalar to‘qnashuvlar tufayli to‘xtovsiz va tartibsiz harakatda bo‘ladi.
Suyuqlik yoki gazdagi juda kichik zarralarning to‘xtovsiz va tartibsiz harakati xaotik harakat yoki Broun harakati deyiladi.
«Xaotik» so‘zi lotincha «xaos» so‘zidan olingan bo‘lib, «tartibsiz» degan ma’noni bildiradi.
Broun zarrasiga bir tomondan urilayotgan molekulalar soni boshqa tomondan urilayotgan molekulalar sonidan farq qiladi. Shu bilan birga, molekulalarning zarb kuchlari ham bir xil emas. Broun zarrasiga ta’sir etuvchi natijaviy kuch zarrani harakatlantiradi.
Molekulalar harakati tartibsiz bo’lgani uchun zarra harakat yo‘nalishini uzoq davom ettira olmaydi. Birozdan keyin zarraga ta’sir etayotgan natijaviy kuch va uning yo‘nalishi o‘zgarishi natijasida Broun zarrasi o‘z yo‘nalishini o‘zgartiradi. Bu jarayon to‘xtovsiz davom etadi.
Xaotik harakat qilayotgan har bir molekula trayektoriyasining to‘g‘ri chiziqli qismida tezligi juda katta bo‘ladi. Lekin biror yo‘nalishdagi ko‘chishi kichik bo‘ladi.
Normal sharoitda, ya’ni 1 atmosfera bosim va 0°C temperaturada gaz molekulalari 1 sekundda o‘rtacha 1010 marta to‘qnashadi. Ikki to‘qnashuv orasidagi masofa 10-8—10-7 m ni tashkil etadi.
Broun harakatining uch qonuni
Broun harakati tashqi sabablarga bog’liq bo’lmasdan, to’xtovsiz sodir bo’lib turadi.
2. Broun harakatining intensivligi zarrachalarning o’lchamiga va shakliga bog’liq bo’lib, zarracha materialiga bog’liq emas, Broun harakati zarrachalarning o’lchami 1 nm gacha bo’lganda kuzatiladi.
3. Suyuqlik temperaturasi ko’tarilishi bilan Broun harakatining intensivligi ortadi.
