Molekulyar kinetik nazariya haqida umumiy tushunchalar” mavzusidagi kurs ishi bajardi: Hakimov. G’ Kurs ishi rahbari: Yo’ldoshqori. Sh farg’ona 2023

II BOB.MOLEKULYAR FIZIKANI O‘RGANISHNING STATISTIK VA
TERMODINAMIK USULLARI

2.1. Temperatura va uni o‘lchash

Hozirgi zamon fanida jismlaming ftzik xossalarini, shuningdek,
bu jismlami tashkil qiluvchi zarralaming issiqlik harakati va o‘zaro
ta’siri tufayli boTadigan ftzik hodisalarni o‘rganishda ularning
xossalarini o‘zgarishiga bog’liq bo’lgan quyidagi ikki xil
yondashishdan — makroskopik va molekulyar-kinetik usuldan
foydalaniladi. Birinchi usul jismlarning ichki tuzilishidagi
xususiyligini hisobga olmagan holda makroskopik jismlaming
xossalarini ularda energiya aylanishi va saqlanishi qonunlari asosida
o‘rganishga asoslangan bo’lib, termodinamik usul deyiladi. Gap
shundaki, jismlar (sistema)ning ko‘p xossalari unda energiyaning
bir turdan ikkinchi turga aylanish jarayonlari bilan ham bogTiq.
Binobarin, bu qonunlar yordamida jismlarning ko‘p xossalarini
va hodisalarni o‘rganish mumkin.
Molekulyar-kinetik usul moddalaming ichki tuzilishi asosida
ulaming xossalarini chuqurroq o‘rgatadi. Makroskopik jismlaming
xossalari ulardagi zarralaming tartibsiz harakatidan bo‘ladigan
mikrojarayonlar tufayli bo‘lgani uchun bu mikrojarayonlarni
o‘rganish asosidagina jismlaming xossalarini batafsil tushuntirish
va miqdoriy xarakterlab berish mumkin. Molekulyar-kinetik nazariya jismlaming makroskopik xossalari (bosim, temperatura, elastiklik, qovushoqlik va h.k)ni molekulalaming tartibsiz harakati va o‘zaro ta’sirining yig'indisidan iborat deb qaraydi. Makroskopik jismda alohida molekulani kuzatish mumkin emas, binobarin, bitta
molekulaning harakati va miqdoriy xarakteristikalari haqida gapirish ma’noga ega emas. Molekulyar-kinetik nazariya ayrim molekulalaming harakatlari bilan emas, balki ko‘p miqdordagi molekulalarning harakatini xarakterlaydigan fizik kattaliklarning o‘rtacha qiymatlari bilan ish ko‘radi va statistik usuldan foydalanadi. Shuning uchun molekulyar-kinetik usul statistik usul deb, molekulyar- kinetik nazariya esa statistik fizika deb ham yuritiladi. Har ikkala termodinamik va statistik usullar bir-birini to‘ldiradi. Bu usullaming birlashishi gaz, suyuq va qattiq holatdagi moddalaming tuzilishi va ularda bo‘ladigan jarayonlami o‘rganishga keng yo‘l ochib beradi.
Moddani tashkil etuvchi molekulalar uzluksiz xaotik harakatda
ekan, molekulalaming kinetik energiyaga ega ekanligi o‘z-o‘zidan
tushunarli. Lekin ana shu energiyaning molekulalarning harakat
tezligiga bog'liq holda ortishi yoki kamayishi modda holatini
o‘zgartiradimi? Agar o'zgartirsa, u qanday kattaliklar bilan bog'liq,
degan savol tug‘iladi. Bu savolga quyidagicha mulohaza yuritib javob berish mumkin.
Biz „issiq“, „iliq“, „sovuq“ atamalarini kundalik hayotimizda
juda ko‘p ishlatamiz. Bu tushunchalar esa aynan kuzatilayotgan
jismni tashkil etuvchi molekulalaming harakat tezligi va, demak,
kinetik energiyasi bilan bog'liqdir.
Fikrimizning dalili sifatida M. V. Lomonosovning „Issiq va
sovuqning sababi haqidagi fikrlar“ degan asaridan quyidagini
keltiramiz. „Issiqlik materiyaning ichki harakatidan iborat bo‘lib,
materiyaning sezilmaydigan zarralarining (ya’ni molekulalarining)
o‘rin o‘zgartirishidir“. Haqiqatan ham, biri issiq, ikkinchisi sovuq
bo‘lgan jismlarni bir-biriga tekkizsak, jismlar holatlari o'zgaradi,
ya’ni birinchi jism soviydi, ikkinchisi esa isiydi. Bunda birinchi
jismni tashkil qiluvchi molekulalar kinetik energiyasi ikkinchi jism
molekulalariga uzatiladi. Bu jarayon issiqlik muvozanati
tiklanguncha, ya’ni har ikkala jism bir xil issiqlik darajasiga
erishguncha davom etadi. Issiqlik muvozanati holatini xarakterlovchi fizik kattalik — temperaturadir. Issiqlik muvozanati holatida bo‘lgan jismlarning temperaturasi bir xil bo‘ladi va aksincha, bir xil temperaturali jismlar o‘zaro issiqlik muvozanatida bo‘ladi. Agar jism (yoki sistema) issiqlik muvozanati holatida bo‘lmasa va yakkalangan bo‘lsa, u holda ma’lum vaqtdan keyin u o‘z-o‘zidan issiqlik muvozanati holatiga o‘tadi. Issiqlik muvozanati holatining asosiy belgilaridan biri jismning hamma qismlarida yoki sistemadagi barcha jismlarda temperatura bir xil qiymatga ega ekanligidir.
Yuqorida bayon etilgan tajribadan issiqlik muvozanati
o‘rnatilganda ikkala (issiq va sovuq) jism molekulalari kinetik
energiyalarining o‘rtacha qiymatlari tenglashadi, degan xulosa kelib
chiqadi. Bu o‘rinda, temperatura molekulalar o‘rtacha kinetik
energiyasining o ‘lchovi, deyish mumkin.
Jismlarning issiq yoki sovuq ekanligini aksariyat holda ularni
ushlab ko‘rish orqali sezamiz. Ammo bu obyektiv emas, chunki
bir xil sharoitda turgan metall va yog'och buyumni ushlab, metall
buyum yog'och buyumga nisbatan sovuq deyiladi. Lekin ikkala-
sining holat sharoiti bir xil. Shuning uchun jismlarning holatini,
ya’ni isitilganlik darajasini aniqlashda temperaturadan foydalaniladi.
Temperaturani o’lchaydigan asbob — termometr deyiladi.
Termometming ishlashi, yuqorida ko‘rib o‘tganimizdek, jismlar-
ning bir-biriga energiya berish yoki olishiga asoslangan. Ko‘pincha
ishlatiladigan termometrlar suyuqlikli (simobli, spirtli) termo-
metrlardir. Termometr shkalasini aniqlashda normal atmosfera
bosimida muzning erish temperaturasi bilan suvning qaynash
temperaturasi oralig‘ini 100 ta teng boTakka boTib, har bir boTimni
bir gradus deb qabul qilinadi.
Selsiy bctiro etgan termometming shkalasida muzning erish
temperaturasini nol gradus va suvning qaynash temperaturasini 100
gradus (167- rasm) deb olingan va bunday shkala temperaturaning
Selsiy shkalasi deyiladi. Selsiy shkalasida ifodalangan temperatura t
bilan belgilanadi va Selsiy gradusi (°C) hisobida ifodalanadi.
Kelvin boshqa temperaturalar shkalasini taklif qildi. Bunda u nazariy _373K. ravishda olinishi mumkin bo'lgan eng
kichik temperaturani absolyut nol deb, suvning uchlanma nuqtasi (suv, 273K- suv bug‘i va muz bir-biriga tegib turgan holda muvozanatda bo'lish temperaturasi)ni 273,16 gradus deb oldi va bu temperaturalar oralig'ini 273,16 ta teng bo'lakka bo‘ldi. Suvning
uchlanma nuqtasi bilan muzning ok erish nuqtasi 0,01 gradusga farq qiladi. Kelvinning taklif qilgan shka- lasini termodinamik yoki absolyut temperatura shkalasi deyiladi. Bu shkala bilan ifodalangan temperatura Tbilan belgilanadi va kelvin (K) hisobida ifodalanadi. Temperatura birligi kelvin SI da asosiy birliklardan biri hisoblanadi.
K elvin shkalasi bo'yicha temperatura birligi qiymati Selsiy
shkalasidagi qiymatga deyarli teng bo‘lgani uchun Kelvin shkalasida ifodalangan temperatura Selsiy shkalasida ifodalangan temperature bilan quyidagicha bog'lanishga ega bo‘ladi:
T = 273 + t.
Angliya va Amerika Qo‘shma Shtatlarida ba’zida temperaturaning Farengeyt shkalasidan foydalaniladi. Polyak fizigi G. Farengeyt 1709- yili spirtli termometr, 1714- yili simobli termometr ixtiro qildi va temperaturalar shkalasini tavsiya etdi. Farengeyt shkalasida muzning erish temperaturasini 32° ga va suvning qaynash temperaturasini 212° ga teng qilib olinib, bu temperaturalar intervali 180 ta teng bo'lakka (gradusga) bo'lingan, Farengeyt termometrlari amalda birinchi ishlatilgan yaroqli termometrlardan hisoblangan.