Indentifkatsiyalash masalasida kanday kiyinchiliklar mavjud buladi?
4 MA’RUZA ENERGIYANING SAQLANISH QONUNI Reja: Issiqlik tarqalishi jarayoni haqida dastlabki ma’lumotlar.
Molekular-kinetik ifodadan Furye qonunini hosil qilish.
Issiqlik balansi tenglamasi.
Tayanch iboralar: energiyaning saqlanish qonuni, issiqlik o’tkazuvchi, nisbiy issiqlik hajmi, issiqlik oqimi, Furye qonuni, issiqlik balansi, issiqlik tarqalishining umumiy tenglamasi, issiqlik o’tkazuvchanlik koeffitsiyenti. Issiqlik tarqalishi jarayoni haqida dastlabki ma’lumotlar.
Modellarni qurishning eng ko’p qo’llaniladigan usuli tabiatning fundamental qonunlarini aniq holatlarda qo’llashdir. Bu qonunlar bir qancha tajribalar asosida tasdiqlangan, umumtanolingan qonunlar bo’lib, ilmiy-texnikaviy yutuqlar to’plamining poydevori hisoblanadi.
a) Energiyaning saqlanish qonuni. Bu qonun deyarli 200 yildan beri ma’lum bo’lib, tabiatning barcha qonunlari ichida muhim ahamiyat kasb etadi. Bu qonunni sodda ko’rinishdagi quyidagi masalada qo’llanilishini qaraymiz: yaqin joyda maxsus laboratoriya bo’lmasa, revolverdan otilgan o‘qning tezligini qanday aniqlash mumkin.
Buni aniqlashda erkin aylanuvchi uzunlikdagi sterjenli mayatnik tipidagi uskunadan foydalanish mumkin. Bu sterjenga ma’lum og‘irlikka ega bo‘lgan yuk osilib, unga rivolverdan og’irlikdagi o’q kelib urilsin. Natijada tezlikga ega bo’lgan o’qning kinetik energiyasi miqdorga teng bo’ladi. Bu energiya natijasida sterjenga osilgan yuk potensial energiyasi miqdori esa ga teng bo’ladi, bunda V o’q ta’sir etgandagi yukning tebranma harakat tezligi. Shunday qilib, energiyaning saqlanish qonuniga ko’ra bu energiyalar teng bo’lishi lozim:
. (1)
Mexanika kursidan ma’lumki, burchak tezlik
miqdorga teng bo’ladi, bunda erkin tushish tezlanishi, yukning eng katta og’ish burchagi. Bu tenglikni (1) formulaga qo'ysak, ushbu
tenglikka ega bo’lamiz. Bu tenglikdan revolver o’qining tezligi
formula bilan aniqlanishi kelib chiqadi.
O’q va mayatnik orasida ro’y berayotgan hodisa sof mexanik jarayon bo’la olmaydi. Shuning uchun V miqdorni hisoblash uchun mexanik energiyaning saqlanish qonunidan foydalanish noto‘g‘ri. Chunki mexanik energiya o‘zgarib, to‘la energiya saqlanadi. Bu o‘q tezligini aniqlashning quyi chegarasinigina beradi.
б) Materiyaning saqlanish qonuni. Yana bir oddiy ko’rinishdagi hayotiy masalani qaraymiz: og’irlikdagi ho’l mevani quritganda, undan qancha miqdorda quruq meva tayyorlanadi. Buni aniqlash uchun mevadagi suv miqdorini aniqlash kifoya. Chunki materiyaning saqlanish qonuniga ko’ra , bunda va mos holda og’irlikdagi ho’l mevada suv va quruq meva (qolgan moddalar) og’irliklari. Bu tenglikdan esa bo’lishi tabiiydir.
Materiyaning saqlanish qonunini modellashtirishda qo’llash sohasi nihoyatga keng hisoblanadi.
Energiyaning saqlanish qonunidan foydalanib, ba’zi qo’shimcha shartlarni talab etgan holda issiqlikni tutash muhitda tarqalishi modellarini keltirib chiqaramiz. Issiqlik tarqalish tenglamasi uchun chegaraviy masalalarni keltiramiz.
Issiqlik yoki issiqlik energiyasi deganda atom yoki modda molekulasining xaotik harakati energiyasi tushuniladi.
Materialning turli qismlar orasidagi issiqlikning almashinuvi issiqlik o’tkazishi deyiladi. Issiqlik o’tkazish xossalarini o’zida ifodalovchi material esa issiqlik o’tkazuvchi deb ataladi. Masalan, metallar, ularda issiqlik energiyasini erkin elektronlar tashiydi, ba’zi gazlar va h.k. Issiqlik o’tkazish jarayoni lokal termodinamik muvozanati (LTM) deb nomlanuvchi sharoitda qaraladi. Gaz uchun LTM tushunchasi bo’lganda kiritiladi, ya’ni zarrachaning erkin siljish (o’tish) uzunligi qaralayotgan obyekt (tutash muhit) xarakter o’lchami dan o’ta kichik bo’lishi lozim. Bundan tashqari LTM da jarayonlar o’rganilayotgan vaqt zarrachalar to‘qnashuviga ketgan vaqt dan o‘ta kichik hamda ga nisbatan o‘lchami katta deb hisoblanadi. Bunday holda, zarrachalar sohasida (o‘lchami miqdordan katta, lekin miqdordan o‘ta kichik) muvozanat holati o‘rnatiladi va ularning zichlik miqdori, o‘rtacha zarrachalar issiqlik harakati va h.k. larni aniqlash mumkin bo‘ladi. Bu lokal miqdorlar (turli nuqtalarda turlicha) keltirilgan talablar asosida zarrachalarni Maksvell muvozanati taqsimotidan topiladi. Unga o‘rtacha kinetik energiyani ifodalovchi temperatura ham kiradi:
bunda zarracha massasi, xaotik harakat o‘rtacha tezligi, Bolsman doimiysi.
Zarracha xaotik harakati bilan bog‘liq modda energiyasi temperaturadan bog‘liq holda nisbiy issiqlik hajmi orqali aniqlanadi:
bunda modda zichligi ( birlik hajmdagi zarrachalar soni), massa birligi ichki energiyasi. Boshqacha aytganda, issiqlik sig‘imi— bu modda massasi birligi temperaturasini 1 gradusga oshirish uchun sarflangan energiya tushuniladi.
Issiqlik hajmi uchun ifoda ideal gaz holda sodda ifodani tashkil etadi (gaz zarrachalari billiard sharlariga o‘xshash kinetik energiya summasini yo‘qotmagan holda bevosita to‘qnashgan holda ta’sirlashadi). Biror hajmdagi ideal gaz zarrachadan iborat bo‘lsa, ularning to‘la ichki energiyasi quyidagicha bo‘ladi:
bunda zarrachalar massalari yig‘indisi, nisbiy ichki energiya yoki massa birligiga mos energiya
ifoda bilan beriladi, ya’ni ideal gaz issiqlik sig‘imi ga teng bo‘lib, va miqdorlardan bog‘liq bo‘lmaydi.
Umumiy holda ichki energiya va temperatura orasida bog‘liqlik ancha murakkab hisoblanadi. Masalan, harakatlanayotgan zarrachalarning kinetik energiyasi, ichki energiya potensial energiya va ular orasidagi o‘rtacha masofadan bog‘liq bo‘lgan o‘zaro ta’sirdan bog‘liq bo‘ladi hamda ( hajm birligidagi zarrachalar soni) bo‘ladi, ya’ni kattalik zichlikdan bog‘liq bo‘ladi.