Molekulalari o’rtasida o’zaro ta‘sirlar mavjud bo’lgan gazlarni real gazlar deb aytiladi

1.Orientirlangan tortishish kuchlari. Bu kuchlar qutblangan molekulalar elektr dipoli momentining orientatsiyasiga asoslangan. Molekulalarning orientatsisi ularning issiqlik harakatiga to’sqinlik qiladi. Bir jinsli molekulalarning tortishish kuchi orientatsiyasi quyidagi ko’rinishda ifodalanadi:
(6.3)
Bu yerda molekulalar orasidagi masofa, Boltsman doimiysi, temperatura.
2. Induktsion tortishish kuchlari. Bir jinsli bo’lmagan qutbli va qutblanmagan molekulalar orasidagi o’zaro ta‘sir kuchlari elektr maydoni ta‘sirida molekulalarning dipol momentiga bog’liq bo’lsa bu kuchlar induktsion tortishish kuchlari bo’lib hisoblanadi. Hisoblashlarning ko’rsatishicha bir jinsli molekulalar uchun bu kuch quyidagicha ifodalanadi:
(6.4)

Bu yerda - molekulalarning qutblanganlik ko’rsatkichi.

3.Dispersion tortishish kuchlari. Bu kuchlar qutblangan va qutublanmagan molekulalar o’rtasidagi o’zaro ta‘sirlarga ham tegishli. Bu kuchlar kvantomexanik kuchlar turiga kiradi. Agar klassik mulohozalar yuritsak elektronlarning harakati tufayli bu kuchlarning molekulalarga ta‘siri doimo o’zgarib turadi. Shuning uchun ham qutblanmagan molekulaning elektr dipoli nol bo’ladi. Vaqtning har bir momentida bunday molekulalar oniy elektr momentiga ega bo’ladi va qo’shni molekula bilan diformatsion qutblanishga olib keladi. Shuning uchun ham molekulalar tortisha boshlaydi. Ikkita molekulaning dispersion tortishish kuchi molekulalarninig o’rtacha tortishish kuchiga teng bo’ladi. Drude modelining ko’rsatishicha molekulalar, uch o’lchamli ostselyator sifatida qaralganda matematik hisoblashlar natijasida dispersion tortishish kuchi quyidagicha ifodalanadi:
(6.5)
Bu yerda Plank doimiysi, ostsil­lyatorning tebranish chastotasi (ko’pincha hv_Q qiymat molekulaning ionizatsiya energiyasiga yaqin bo’ladi). Ko’rinib turibtiki, molekulalarning o’zaro ta‘sir tortishishlarida ahamiyatli o’rinni dispersion kuchlar oynar ekan. Dispersion kuchlar ko’pchilik holatlarda rientatsion va induktsion kuchlardan qiymat jihatdan katta bo’ladi. Dispersion kuch deb nomlashimizning boisi shundaki, eletkromagnit to’lqinlar moddalardan o’tganda dispersiya hodisasi hosil bo’lib bu kuchlar yuzaga kelar ekan, shuning uchun bu kuchlarni dispersion kuch deb atar ekanmiz. Ikkita molekula o’rtasidagi tortishish kuchi F_2r, barcha tortishish kuchlarining teng tashkil etuvchisi bo’lib hisoblanadi.
Molekulalar oralig’i bo’lganda elektromagnit o’zaro ta‘sirlardan tashqari kvant o’zaro ta‘sirlar paydo bo’la boshlaydi. Bu kuchlar yoki molekulalarni o’zaro itrishishga olib keladi, yoki qo’shni atomlarni o’zaro tortishishga olib keladi. Bu atomlar o’rtasida ion va kovalent ximiyaviy bog’lanishlar sodir bo’ladi. Natijada barqaror molekulalar paydo bo’ladi. Ximiyaviy bog’lanishning potentsial energiyasi Van-der-Vaals tortishish energiyasidan ortib ketadi. Real gaz molekulalari absalyut qattiq sharchalar sifatida qaraladi va ular o’rtasida ishqalanish va tutinish kuchlari mavjud bo’ladi. Real gaz holatini ifodalochi tenglamani keltirib chiqarish uchun Van-der-Vaals ideal gazning holat tenglamasi bo’lib hisoblangan Mendeleev-Klapeyron tenglamasiga molekulalarning o’lchamini va tutinish kuchlarini hisobga oluvchi tuzatmalar kiritdi. Real gazning har bir molekulasi idish ichida hajmni egallab harakatlanadi. Real gazmolekulalarining ideal gaz molekulalariga o’xshab erkin harakatlana olmasligini hisobga olib, Mendeleev-Klapeyron tenglamasi ga o’rniga tuzatma kiritamiz. Bu yerda Ь-erkin hajmni hisobga oluvchi Van-der-Vaals tuzatmasi bo’lib hisoblanadi. U 1 mol gazda xususiy hajmi bo’lib hisoblanadi va quyidagiga teng:
(6.6)
Bu yerda N_A —Avogadro doimiysi, -bitta molekulaning hajmi. Bunda molekulalar o’rtasida juda qisqa o’zaro ta‘sir kuchlari yuzaga keladi, shuning uchun ham molekula o’zidan masofadan uzoq bo’lmagan zarralar bilan to’qnashadi. Shu masofni molekulalarning ta‘sir chegarasi deb yuritiladi. Idish sirtidan ichkariroqdagi qatlamlarda harakat qilayotgan molekulalar o’rtalaridagi o’zaro ta‘sir kuchlari muvozanatlashib turadi, gazning chegara qatlamlaridagi,ya‘ni idish sirtiga yaqin sohalarda molekulalar o’rtasidagi ta‘sir kuchlar movozanatda bo’lmaydi va ularning harakat yo’nalishi idish ichiga tomon yo’nalgan bo’ladi. Buning natijasida real gaz molekulalar idish devori bilan to’qnashishda ideal gaz molekulalariga nisbatan devorga juda kichik impuls va bosim beradi. Buni quyidagicha ifodalaymiz:
yoki (6.7)
Bu yerda r*-o’zaro tutinish ta‘sir kuchlariga asoslangan Van-der-Vaals tuzatmasi bo’lib, uni ichki bosim deb ataladi. Ichki bosim gaz hajmining kvadratiga teskari proportsional bo’ladi.
(6.8)
Bunda a- Van-der-Vaals koeffitsienti, u gazning ximiyaviy tabiatiga bog’liq.
Shunday qilib, 1 kilomol gaz uchun Van-der-Vaals tenglamasini quyidagi ko’rinishda yozamiz:
(6.9)
Ixtiyoriy m massali gaz uchun Van-der-Vaals tenglamasi - modda miqdorini hisobga olganda quyidagi ko’rinishni oladi:
(6.10)
Agar ideal gazda molekulalar o’rtasida ishqalanish kuchlarining hisobga olinmasligini nazarda tutsak, ya‘ni va ekanligini e‘tiborga olsak Van-der-Vaals tenglamasi Mendeleev-Klapeyron tenlamasiga aylanib qoladi.
Termodinamika fizikaning issiqlik hodisalarini energiya almashinuvi yo’li bilan o’rganadigan bobi bo’lib hisoblanadi. Molekulyar fizikadagi hodisalarni o’nergiya almashinuvi yo’li bilan o’rganish usulini termodinamik usul deymiz. Termodinamika qonunlari tajribalar asosida ochilgan qonunlar bo’lib hisoblanadi. Sistemaga atrof jismlar tomonidan berilgan issiqlik miqdori sistemaning ichki energiyasini o’zgarishiga va sistemaning tashqi jismlar ustidda ish bajarishga sarflanadi.
Bu qonunning matematik ifodasi quyidagi kurinishda yoziladi:
(6.11)
Termodinamikaning birinchi qonuni birinchi tur abadiy dvigatel (perpetum moble) yasash mumkin emasligini isbotladi. Ko’rinib turibdiki, berilidigan issiqlik miqdori evaziga ish bajaradi va sistema davriy ravishda o’zining boshlang’ich holatiga qaytib turadi, ya‘ni: bu degani tenglama ko’rinishni oladi. Bunday holda dvigvtelning bajargan ishi unga berilayotgan issiqlik miqdoridan kata bo’lishi kerak, ammo bunday bo’lishi aslo mumkin emas. Shunday qilib aytish mumkinki, berilgan issiqlik miqdoridan katta miqdorda ish bajaruvchi abadiy dvigatel yasash mumkin emas. Mexanikada ish kuch va kuch bilan jism ko’chishining yo’nalishi orasidagi burchak kosinusiga ko’paytmasiga teng deb ta‘riflanadi. Harakatlanayotgan jismga kuch ta‘sir etganda ish bajariladi va bu ish jismning kinetik energiyasining o’zgarishiga teng. Termodinamikada gaz hajmining o’zgarishida ish bajariladi. Bu termodinamik ish deyiladi. Shu ishni quyidagi misol ustida hisoblab chiqaylik. Tsilindirik idish ichiga gaz qamalgan bo’lsin. Yengil harakatlanayotgan porshenning siljishi tufayli gazning hajmi o’zgarib, ish bajariladi. Porshenning harakati natijasida tsilindr ichidagi gazning hajmi o’zgarib, kengayishi yoki siqilishi mumkin. Bunday holda ish bajariladi. Shu ishni hisoblaylik. Bunda porshenga gaz tomonidan ta‘sir qiladigan kuchning moduli ga teng, bu yerda -gaz bosimi, S-porshen yuzi. Gaz kengayayotganda porshen F kuch yo’nalishida juda kichik masofaga siljisin unda gazning kengayish jarayonida bajargan elementar ishi quyidagicha bo’ladi:
(6.12)
Agar gaz hajmining qadar ortganligini hisobga olsak elementar ish quyidagi ko’rinishni oladi:
(6.13)
bu yerda gaz hajmining o’zgarishi.
Kengayganda gaz musbat ish bajarada, chunki kuch yo’nalishi bi­lan porshenning ko’chish yo’nalishi bir xil. Kengayish jarayonida gaz uz atrofidagi jismlarga energiya uzatadi. Agar gaz siqilsa, u holda gaz bajargan ish uchun (3) formula to’g’riligicha qolaveradi. Biroq gaz siqilganda bo’ladi va shuning uchun . Tashqi jismlarning gaz ustida bajargan ishi A gaz bajargan ish A' dan faqat ishorasi bilan farq qiladi: chunki gazga ta‘sir etuvchi F kuch F' kuchga qarshi yunaladi, ko’chish esa avvaligicha bo’laveradi. Shuning uchun gazga ta‘sir etuvchi tashqi kuchlarning ishi quyidagiga teng:

6.1- rasm

6.2- rasm
(6.14)
Gaz siqilganda, ya‘ni bo’lganda tashqi kuch musbat ish bajaradi chunki kuchning yo’nalishi bilan ko’chish yo’nalishi bir xil bo’ladi. Tashqi jismlar gaz ustida musbat ish bajarib, gazga energiya beradi. Gaz kengayganda, aksincha, tashqi jismlar bajargan ish manfiy (A<0), chunki bu holda Endi kuch va ko’chish yo’nalishlari qarama-qarshidir.