Mövzu.4-Qazların mayeləşməsi
İlk baxışda
elə düşünmək olar ki, guya istənilən temperaturdakı qazı kifayət
qədər böyük təzyiq altında sıxmaqla mayeləşdirmək olar. Əslində bu belə
deyildir. Qazı hansı böyük təzyiq altında sıxmaqdan asılı olmayaraq,
bir qaz
molekuluna düşən orta kinetik enerji (bu enerji qazın temperaturu ilə müəyyən
olunur) iki molekul arasındakı qarşılıqlı cazibəyə uyğun gələn potensial
enerjidən böyükdürsə, bu temperaturda və bundan yüksək temperaturlarda qaz
mayeləşməz. Deməli, qazın mayeləşməsi üçün bir molekula düşən orta kinetik
enerjinin iki molekul arasındakı qarşılıqlı cazibənin potensial enerjisindən kiçik
olmasına nail olmaq lazımdır. Qaz molekulunun
orta kinetik enerjisi
temperaturla düz mütənasib olduğundan, qarşıya qoyulan məsələni qazın
temperaturunu aşağı salmaqla həll etmək olar. Bununla əlaqədar isə qarşıya
belə sual çıxır: sıxaraq mayeləşdirmək üçün qazı hansı temperaturadək
soyutmaq lazımdır? Van der vaals izotermlərinin təhlilinə bir
daha nəzər salsaq,
qoyulan suala cavab taparıq. Doğrudan da, van der vaals izotermlərindən
göründüyü kimi, verilmiş qaz üçün onun böhran temperaturundan yuxarı
temperaturlarda izotermlər yalnız qaz fazasından keçir. Bu isə o deməkdir ki,
böhran temperaturdan yuxarı temperaturlarda qaz üzərinə göstərilən təzyiqin nə
qədər böyük olmasından asılı olmayaraq onu mayeləşdirmək mümkün deyildir.
Van der vaals izotermlərindən göründüyü kimi, böhran temperaturdan aşağı
temperaturlarda izoterm qaz, ikifazalı qaz-maye oblastından və maye halından
keçir. Bu isə o deməkdir ki, qazı bu izotermlərdən hər hansı biri üzrə sıxmaqla
mayeləşdirmək olar.
Beləliklə, deyilənləri ümumiləşdirməklə belə nəticəyə
gəlirik: istənilən qazı mayeləşdirmək üçün onu öz böhran temperaturuna, yaxud
ondan aşağı temperaturadək soyudaraq sıxmaq lazımdır. Lakin, onu da qeyd
etmək lazımdır ki, göstərilən iki prosesdən - qazın böhran temperaturdan aşağı
temperaturadək soyudulma və sıxılma prosesləri istənilən ardıcıllıqla aparıla
bilər, yəni istənilən yuxarı temperaturdakı qazı əvvəlcə müvafiq təzyiqə qə- dər
sıxdıqdan sonra onu böhran temperaturdan aşağı temperaturadək soyutmaqla
da mayeləşdirmək olar. Beləliklə, qazın mayeləşmə mexanizminin fiziki əsasını
müəyyənləşdirdik. Növbəti məsələ qazın mayeləşməsi üçün lazım olan fiziki
proseslərin - soyudulma və sıxılma proseslərinin praktik həyata
keçirilmə
məsələsidir. Qazı sıxma məsələsi praktik cəhətdən heç bir çətinliklə
qarşılaşmadığından, bu məsələnin praktik həyata
keçirilməsi üzərində
dayanmağa ehtiyac yoxdur. Üzərində durulması lazım olan əsas məsələ qazın
böhran temperaturuna, yaxud ondan aşağı temperaturadək soyudulma
üsullarının müəyyənləşdirilməsi məsələsidir. Bu üsulların müəyyənləşdirilməsi
üçün indiyədək təhlil etdiyimiz məsələlərə - real qazın genişləndirilməsi
zamanı əldə edilən nəticələrə nəzər salmaq kifayətdir.
Məlum olduğu kimi, real
qaz boşluğa genişlənərkən onun daxili enerjisi hesabına iş görüldüyündən
soyuyur. Lakin, bu üsulla soyuma zamanı qaz temperaturunun kifayət qədər
aşağı düşmədiyini və bir çox qazların böhran temperaturunun kifayət qədər
aşağı olduğunu nəzərə alsaq, daha kiçik temperatur almaq – qazı daha çox
soyutmaq ehtiyacı yarandığını görürük. Bu yolda atılacaq növbəti addım real
qazın adiabatik genişləndirilməsi ola bilər. Boşluğa
genişlənmədən fərqli olaraq
bu halda qazın daxili enerjisi hesabına molekullararası cazibə qüvvələrinə qarşı
görülən işdən əlavə həm də xarici qüvvələrə – xarici təzyiqə qarşı iş görülür.
Genişlənmə zamanı qazın daxili enerjisi hesabına iki növ iş görüldüyündən o
daha çox soyumalıdır. Belə soyuma da kifayət etmədikdə bizə məlum olan daha
bir soyutma üsulundan istifadə etmək olar. Bu üsul müsbət Coul-Tomson
effekti ilə soyutma üsuludur. Təəssüf ki, bu üsulun da imkanları məhduddur -
qazı bu üsulla birbaşa
istənilən kiçik temperaturadək, məsələn oksigenin (154.4
K), azotun (126.1K), hidrogenin (33K) və heliumun (5.3K) böhran
temperaturunadək soyutmaq mümkün olmur.