СТАТИСТИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ЭНТРОПИИ И ЕЁ НЕКОТОРЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ В
ФИЗИКЕ
Доцентлар: Ибрагим Турдибеков, Нортожи Холдоров,
катта ўқитувчи Фазлитдин Джамолов.
Самарқанд давлат архитектура-қурилиш институти
Смысл энтропии вскрывается в статической физике, энтропия связывается с
термодинамической вероятностью состояния системы. Термодинамическая вероятность
W
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
108
состояния системы - это число микросостояний осуществляющих данное макросостояние. Л.
Больцман был первым, кто установил связь энтропии с термодинамической вероятностью
состояния. Эта связь называемое принципом Больцмана, представляется простой формулой:
nW
k
S
где
k
– постоянная Больцмана.
Второе начало термодинамики можно сформулировать как закон возрастания энтропии
замкнутой системы при необратимых процессах. Формула Больцмана дает статистическое
толкование второго начала термодинамики, что возрастание энтропии означает переход
системы из менее вероятных в более вероятных состояния.
В каких пределах изменяются абсолютные значения энтропии? В соответствии с третьим
началом термодинамики энтропия любой системы при
0
T
стремится к нулю. В
соответствии с принципом Больцмана состояние с
0
S
соответствует термодинамической
вероятности
1
W
. Физически это означает, что рассматриваемая система может находиться
только в единственном микроскопическом состоянии. Другие микросостояний не существует.
Абсолютной верхней границы энтропии не существует. Значение энтропии зависит от
внутренней энергии, объем и других параметров системы. Если мы создадим неравновесное
состояние в изолированной оболочке то энтропия такой системы будет со временем возрастать
и достигнет максимума в состоянии равновесия. Физически это означает, что в соответствии
равновесия система обладает максимально возможным числом макросостояний, с помощью
которых реализуется данное микросостояние.
Основной областью технического применения энтропии является анализ циклов тепловых
двигателей и теплосиловых установок, позволяющих путем использования химической,
атомной, солнечной энергии и электроэнергии получить полезную работу или осуществить
переход одного вида энергии в другой. Главной характеристикой тепловых машин,
определяющей их эффективность, является коэффициент полезного действия (КПД) η. КПД
тепловых машин – это отношение полезной работы, совершаемой машиной, к количеству
теплоты, отдаваемому нагревателем:
1
2
1
1
2
1
T
T
T
Q
Q
Q
. Энтропийные представления
позволяют просто оценить η и тем самым ответить на вопрос, как оптимизировать процесс,
чтобы КПД был наибольшим.
Рис.1
Поясним это на примере цикла Карно (см. Рис.1). Форма цикла Карно на
V
p
диаграмме
зависит от рабочего тела. В переменных
T
и
S
цикл Карно имеет более простой вид (рис.2):
отрезки горизонтальных прямых
2
1
и
4
3
соответствуют изотермам, участки
3
2
и
1
4
адиабатам.
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
109
Рис.2
Диаграмма процесса в переменных
T
S
называется энтропийной диаграммой. Ее вид не
зависит от рода рабочего тела и позволяет легко вычислить и наглядно пояснить смысл КПД.
По определению КПД равен:
1
2
1
Q
Q
Q
где
1
Q
– количество теплоты, передаваемое рабочему телу нагревателем,
2
Q
– количество
теплоты, отдаваемое рабочим телом холодильнику,
2
1
Q
Q
A
– полезная работа.
На рис.2 видно, что
)
(
1
2
1
1
S
S
T
Q
,
)
(
1
0
0
2
S
S
T
Q
, поэтому
1
0
1
T
T
T
.
В энтропийной диаграмме КПД равен отношение площадей прямоугольников
1
4
3
2
1
и
1
6
5
2
1
.
Преимущество энтропийной диаграммы, позволяющее сравнительно просто вычислять
количество теплоты, полученное или отданное рабочим телом, определило ее широкое
распространение в технике. КПД существующих тепловых двигателей – примерно 25%.
Таким образом, большая часть энергии расходуется на нагрев окружающей среды.
Энергия нефти, угля, газа и атомная энергия не единственные источники полезной работы и
электроэнергии. Огромный источник энергии – это излучение Солнца, падаюшее на
поверхность Земли. КПД существующих солнечного излучения в электрическую, примерно
равен 20%. Теоретические оценки показывают, что при прямом превращения солнечного
излучения в работу верхний предел КПД составляет
%
70
.
Литература
1. А.С.Василевский, В.В.Мултановский. Статистическая физика и термодинамика.
Просвещение. М., 1985.
2. Т.И.Трафимова. Курс физики. Высшая школа. М., 1990.
3. У.Б.Жураев. Молекуляр физика. “Ворис” нашриёти, Т., 2015.
ATOM ENRGIYASIDAN TINCHLIK MAQSADIDA FOYDALANISH” MAVZUSINI
O‘QITISHDA “MUQOBIL IMKONIYATLAR TANLOVI” STRATEGIYASI ASOSIDA
MUAMMOLI MASALALARNI TAHLIL QILISH
1
Quvondiqov E. O.,
2
Amonov B. U.
1
Islom Karimov nomidagi Toshkent davlat texnika universiteti,
2
Samarqand davlat universiteti
AES larning ishlash prinsipi haqida gapirishdan oldin unin yaratilish tarixiga biroz to‘xtalaylik.
1951-yilda Sobiq Sovet ittifoqi hukumati atoqli olim Igor Kurchatovga Obninskda dunyodagi birinchi
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
110
AES ni yaratishga buyruq berdi. Loyiha atom energiyasidan tinchlik yo‘lida foydalanishning birinchi
rejasi bo‘lishi rejalashtirilgan. Atigi 3 yil o‘tgach, ya’ni 1954-yil 26-iyul kuni 5 MVT quvvatga ega
bo‘lgan tinchlik AES ishga tushdi.
Bizning yurtimizda ham shu sohada ko‘plab ishlar olib borilmoqda. Atom energiyasini hosil
qilish to‘g’risidagi muhtaram Prezidentimizning 2017-yil 8-noyabrdagi “Energiya resurslaridan
oqilona foydalanishni ta’imlash chora tadbirlari to‘g’risida“ gi qonunning PQ-3379 sonli qarori hamda
2019-yil 19-iyuldagi “O‘zbekiston Respublikasida atom energetikasini rivojlantirish” chora-tadbirlari
to‘g’risidagi PF-5484-sonli farmoni O‘zbekistonda atom elektrostansiyasini (AES) qurishdan iborat
bo‘ldi.
Atom elektrostansiyasining ishlash jarayoni asosan, uran (U)
yoki plutoniy (Pu) atomlari ishtirokida bo‘ladi. AES da urandan
foydalanish uchun uran rudasi kukunga aylantiriladi. So‘ngra kukun
tabletka ko‘rinishiga keltiriladi. U kichik kolbalarga preslanadi va
1500
o
C haroratda bir necha sutka kuydiriladi. Aynan mana shu uran
tabletkalari yadroviy yadroviy reaktorlarga joylanadi. Bitta reaktorda
bir vaqtning o‘zida 10 mln ga yaqin uran tabletkalari ishlatiladi. Uran
235 va Plutoniy 239 izotopi yadroviy reaktorda parchalanib, o‘zidan
kata miqdorda issiqlik ajratib chiqaradi.
O‘zbekiston Respublikasi hududida atom elektrostansiyasining ramziy ochilishi. (Rossiya
federatsiyasi Prezidenti V. Putin (chapda), O‘zbekiston Respublikasi Prezidenti Sh.
Mirziyoyev (o‘ngda)
O‘zbekistonda qurilayotgan AESning umumiy ko‘rinishi
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
111
AES da ko‘pincha atom reaktorlarining 4 tipi qo‘llaniladi:
1. Suv- suvli; 2. Grafit-suvli;
3. Og’ir suv-suvli; 4. Grafit–gazli.
Atom energiyasidan tinchlik maqsadida foydalanish mavzusini yoritib berishda “Muqobil
imkoniyatlar tanlovi” metodidan foydalanish
Strategiyani quyidagi tartibda qo‘llaymiz:
Atom energiyasidan tinchlik maqsadida foydalanish bugungi kunda eng dolzarb mavzulardan
biri bo‘lib hisoblanadi. Atom energiyasining qolgan energiya turlaridan afzal tomonlari anchagina.
Ushbu mavzuni “Muqobil imkoniyatlar tanlovi “ metodi bo‘yicha o‘tishni qarab chiqamiz.
Pedagog tomonidan o‘quvchi (talaba) lar jamoalarga ajratiladi;
Ushbu jamoalar tomonidan tayanch va muqobil tushunchalar sharhlanib, yozma
holda ifodalanadi.
Har bir tushunchani jamoalar navbat bilan sharhlab, o‘z nazariyalarini
isbotlashga harakat qiladilar. Tayanch tushunchalar atroflicha yoritilib, ularga ta’rif beriladi.
O‘qituvchi ko‘magida sinf (guruh) jamoalar ishini tahlil qiladilar va ular ichida
teng muqobilini ajratib oladilar.
Pedagog har bir jamoa ishini o‘rganib chiqadi va ularga baho beradi. Mashg’ulot
yakuniga yetkaziladi.
Innovatsion strategiyalar ichidan “Muqobil imkoniyatlar tanlovi” strategiyasi diqqatni to‘g’ri
yo‘naltirishga yordam beradi, o‘quvchi (talaba) da mantiqiy fikrlash ko‘nikmalarini to‘g’ri
rivojlantirishga keng imkoniyat yaratib beradi. Ayniqsa, pedagog uchun biror bir mavzuni yoritishda
keltirilganlar ichida eng muqobilini tanlab olishlari uchun o‘quvchi (talaba) larning o‘zlari erkin
fikrlab, o‘z tushunchalarini bayon qilishlariga qo‘yib berishga imkon beradi. Shu asnoda o‘quvchi(
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
112
talaba)larda mustaqil tarzda muammoni hal etish, keltirilgan turli ma’lumotlar ichidan keraklisini
tanlab olish ko‘nikmasi rivojlanadi.
FREYEM METODI VA UNI FIZIKANI O‘QITISHDAGI O‘RNI.
B. U. Amonov, A. B. Shermatov (talaba), F. B. Umrzoqov (talaba)
Samarqand Davlat universiteti
Mo‘ljallangan maktab o‘quv dasturlarining o‘tishi uchun cheklangan vaqt, maktab o‘quvchilarining
ortiqcha yuklanishi o‘quvchilarning o‘zlashtirgan vaqtlarini ko‘paytirmasdan talabalar o‘zlashtirgan
bilimlar miqdorini kengaytirish imkonini beradigan intensiv usullardan biri freym tayanch
konspektidir. Odatda, bu usul miyaning zaxira psixologik imkoniyatlarini oshkor qilish, uzoq muddatli
Atom energiyasidan tinchlik maqsadida foydalanish mavzusini
yoritishda “Muqobil imkoniyatlar tanlovi” metodi bizga
keltirilganlardan muqobilini ajratib olishimiz uchun zamin
yaratadi
AES larning mln.tonnalab
ko’mir va neft mahsulaotlarini
tejab qolishi
Iqtisodiy
jihati:mablag’ning tejab
qolinishi
AES(Ijobiy tomonlari)
Elektr energiyasiga bo”lgan
ehtiyojni to’lig’icha qondira
olishi
O’ziga ketgan xarajatning tezda
qoplanishi va ko’p vaqt xizmat qilishi
Ekologiya ifloslanishing
bartaraf etilishi
AES (Salbiy tomonlari)
AES lar qurilish joyinini
tanlashning o”ta murakkabligi
AES larni ishlatish jarayonida
xavfsizlikni ta’minlashning biroz
murakkabligi
Ajraladigan suyuq va qattiq
radioaktiv chiqindilarni
zararlantirish
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
113
xotirani va majburiy esdalikni faollashtirish yo‘llari, qisqa vaqt ichida sifatli ta’lim berishga
asoslanadi.
O‘quv materialini Freym strukturasi.
Freym metodi algoritm belgi yoki shakl ko‘rinishida yig‘ilgan malumotlarni o‘z ichiga oladi,
o‘quvchi fizik formula yoki teoremalarni frem algoritm belgi yoki shakl sifatida ifodalab, fizikaviy
masalalarni qiziqarli darajada yechishi mumkin. Bunday usulni qo‘llash orqali o‘qituvchilar
talabalarni faqatgina eng ibtidoiy fikrlash darajasini - reproduktiv yaratishni - asl mazmuni
(darslikning paragrafi) uning mazmunini tushunmasdan iloji boricha aniq qilib yaratadi. Tajribalar
shuni ko‘rsatadiki, kitob bilan ishlashning samarali usuli kvadratga asoslangan yondashuv yordamida
amalga oshiriladigan bilimlarni tuzishdir.
Tushuncha va qonunlarning Freym strukturasi
O’QUV MATERIALLAR
PARAGRAF, BO`LIM,
SAHIFA
Qonunlar
Tushunchalar
Hodisalar, jarayonlar
«Rasmiy
qonunlar»
qonuniyatlar
«Norasmiy qonunlar»
qonuniyatlar
(energiyaning saqlanish
va aylanish qonuni va
boshqalar)
«Norasmiy»
tushunchalar
(temperatura, massa,
energiya, elektr toki va
boshqalar)
«Rasmiy»
tushunchalar
Qonunlarning
amalda qo’llanishi
Jihozlar va qurilmalar
Hodisalar va jarayonlarni
o'rganish usullari
Postulatlar, gipotezalar
Tushuncha
Fizik birliklar
qanday keltirib
chiqarish
(impuls -
,
Magnit oqim
boshqa)
Qonun va
qonuniyatlar
To'g'ridan-to'g'ri va
teskari proportsional
bog'liqliklar
(Kulon qonuni –
boshq.)
Tushinchalar
Fizik birliklar
munosabatlar (zichlik –
, potensial –
va boshq.)
Qonun va
qonuniyatlar:
to'g'ridan-to'g'ri
proportsional
bog'liqliklar
(
,
va boshq.)
Rasmiy tushunchalar
Rasmiy qonunlar
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
114
Fizik tushunchalarni fizik kattaliklarning ko‘paytiruvchi sifatida
;
a)
- Fizik qiymatlar,
, ◊ va
- larning ko‘paytmasiga teng.
b) Fizik tushunchaning ma’nosi:
=
, bunda
=1 va ◊=1.
c) O‘lchamligi
: [
]=[
]
.
[
]
.
[◊].
d) o‘lchov birligi
: 1[
]=1[
]
.
1[
]
.
1[◊].
6) Fizikaviy tushunchalar fizik kattaliklarning nisbati sifatida.
a) Karkas №1 ifodalanishi:
- Fizik qiymatning tengligi bo‘lib,
ning
ga nisbati bilan
aniqlanadi.
b) Karkas №2 fizikaviy ma’no va tushuncha, ta’riflar:
- fizik qiymat
ga teng, agar
=1 bo‘lsa.
c) O‘lchamligi
d) O‘lchov birligi
Misollar
7. Tushunishni o‘rganish uchun Freymli sxematik fizik yordam tushunchalarni shakllantirish.
a) Karkas №1 ifodalanishi:
- Fizik qiymat
ning
ga nisbati bilan aniqlanadi.
b) Karkas №2 fizikaviy ma’nosi:
- fizik qiymat
ga teng, agar
=1 bo‘lsa.
Misollar
Foydali ish koeffitsienti
.
.
. .
.
f o y d
u m u m
A
F I K
A
Qaytish koeffitsienti
0
f
W
K
W
8. Qonunlar va qonuniyatlar.
To‘g‘ri proporsionallik bog‘liqlik
Proporsionallik belgisidan tenglik
belgisiga o‘tish
Proporsionallik belgisidan tenglik belgisiga o‘tish
Bu yerda:
= doimiylik (proporsionallik koeffitsienti)
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
115
Sxema bilan ishlash
a) Struktura ifodasi
to‘g‘ri proporsional:
(
,
, ◊).
b) Proporsional fizik koeffitsientning mazmuni:
- Fizik qiymat, son jihatdan
ga teng, agar
=1 (
,
, ◊=1).
c)
- nimalarga bog‘liq?
Bog‘liqligi:
,
, | - bog‘liqligi: muhit, forma, o‘lcham, koeffitsient.
d) doimiy proporsionallik o‘lchamligi: [
]=[
]/[
][
][◊]
misol:
Q
c m
t
Freym - ko‘plab mavzular va bo‘limlarga sxematik yoki grafik shaklda kiritilgan va shuning
uchun universal va stereotipik xususiyatlarga ega bo‘lgan o‘quv materialining asosiy g‘oyasi asosidagi
ramka, ramka va matritsa tuzilmasidir. Axborotni tashkil etishga yo‘naltirilgan yondashuvning
mohiyati o‘quv materialining semantik siqilishidir. Semantik siqishnining o‘ziga xosligi shundaki, u
bir vaqtning o‘zida ikkita jarayonni o‘z ichiga oladi: Ma'lumotni qisqartirishni o‘rganish zarurati
bugungi kunda hech kim tomonidan uyg‘un emas va u bahs-munozara qilinmaydi, chunki uning
o‘qitish metodologiyasida o‘qitish salohiyati juda yuqori va hali chegaraga yetmagan. Uning
murakkabligi shundan iboratki, bir freym formatidagi axborotni yo‘q qilish jarayoni, birinchi
navbatda, matnning asosiy mazmunini yuqori darajada tushunish, ikkinchidan, taqdimotning mavhum
shaklini egallash va uchinchidan, siqilgan ma'lumotni belgilari, va sxemalari hisoblanadi.
“Fizikaning hozirgi zamon ta’limidagi o’rni”. Samarqand 2019-yil 13-14 dekabr.
116
2-ШЎЪБА ФИЗИКАНИНГ БОШҚА ФАНЛАР (АСТРОНОМИЯ, МАТЕМАТИКА,
ИНФОРМАТИКА, КИМЁ, БИОЛОГИЯ, ИҚТИСОД ВА Ҳ.К.) БИЛАН
ИНТЕГРАЦИЯСИ
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И КОМПЬЮТЕРНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ В МЕЖПРЕДМЕТНОЙ ИНТЕГРАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ И
ТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
Отакулов С., Асатуллаев Ж.
Джизакский политехнический институт
Самаркандский филиал ТУИТ им. Мухаммада аль-Хоразмий
Интеграция является ведущей формой организации учебы в современной системе
образования, находящая своё выражение в интеграции учебных предметов, позволяющей
перейти от локального, изолированного рассмотрения различных явлений действительности к
их взаимосвязанному и комплексному изучению. Математика является междисциплинарной
наукой. Математика – источник представлений и концепций в естествознании. Математика
вырабатывает модели возможных ещё неизвестных науке состояний. Каждый исследователь
может выбирать из них и применить к своей области исследования. Известный немецкий
философ И. Кант (1742-1804) сказал: «Математика – наука, брошенная человеком на
исследование мира в его возможных вариантах". По словам великого французского ученого
Р.Декарта (1596–1650): « Все исследования, направленные на изучение порядка и меры,
принадлежат математике».
Dostları ilə paylaş: |