Mühazirə №9 İdeal qazın daxili enerjisi. Sərbəstlik dərəcəsi

Şəkil № 1

Sərbəstlik dərəcələri aşağıdakı şəkildə bölünür:
Üç sərbəstlik dərəcəsi irəliləmə hərəkətinə , iki sərbəstlik dərəcəsi fırlanma hərəkətinə və bir sərbəstlik dərəcəsi rəqsi hərəkətə aid olur.
E nerjinin sərbəstlik dərəcəsinə görə bərabər paylanması qanununa əsasən otaq temperaturlarında iki atyomlu qazın sabit həcmdə kimolyar istilik tutumu olmalıdır. Həqiqətdə isə çox yüksək temperaturlarda bu ifadə doğrudur.Klassik fizika qazların istilik tutumlarının temperaturdan asılılığını izah edə bilmir. Bu asılılıq kvant mexanikasının qanunlarına görə müəyyən olunur.Beləki Kvant mexanikasının qanunlarına görə fırlanma və rəqsi hərəkətlərin hər sərbəstlik dərəcəsinə düşən enerji diskret dəyişir.Rəqsi hərəkətin hər sərbəstlik dərəcəsinə düşən enerji, fırlanma hərəkətinin hər sərbəstlik dərəcəsinə düşən enerjidən qat qat çoxdur.Buradan aydın olur ki, rəqsi hərəkət özünü çox yüksək temperaturlarda göstərir (çox yuxarı temperaturlarda).


Molekulların sərbəst yolunun orta uzunluğu

Müəyyən həcmdə yerləşən qaz molekulaları istilik hərəkəti nəticəsində toqquşmalara məruz qalır və hər bir molekula iki ardıcıl toqquşma arasında sərbəst yol gedir. Molekuların ümumi sayından və vahid zamandakı toqquşmaların sayından asılı olaraq sərbəst yolun uzunluğu müxtəlif olur. Odur ki, sərbəst yolun orta uzunluğu, anlayışından istifadə olunur. Bu kəmiyyəti təyin edək.

Fərz edək ki, radiusu olan molekula müəyyən sürəti ilə hərəkət eidr. Onda bu molekula vahid zamanda uzunluğu l= olan və radiusu olan silindrin daxilində olan bütün molekullarla toqquşacaq. (Baxdığımız molekuladan başqa , bütün qalan molekulaların sükunətdə olduğunu qəbul edirik).
Qaz molekulalarının konsentrasiyası olarsa , onda vahid zamanda baxdığımız molekulalarının sayı
(1)
Həqiqətdə isə qaz molekulaları istilik hərəkətində iştirak edirlər.Daha dəqiq hesablamalar göstərir ki, bu toqquşmaların orta sayı
(2)
bərabər olur.
Onda qaz molekulasının sərbəst yolunun orta uzunluğu
(3)
ifadəsindən təyin olunar.
Ümumiyyətlə toqquşma zamanı qaz molekulalarının mərkəzləri arasındakı d məsafəsi molekulların effektiv diametri və ifadəsi qaz molekulasının effektiv kəsiyi adlanır. Temperatur artdıqca effektiv diametr azalır. Nəticədə (3) ifadəsini
(4)
şəklində yazmaq olar.
(4) ifadəsindən görünür ki, molekulların sərbəst yolunun orta uzunluğu qazın konsentrasiyası ilə tərs mütənasibdir. Digər tərəfdəns sabit temperaturda qazın təzyiqi qaz molekulalarının konsentrasiyası ilə düz mütənasibdir. Deməli qaz molekulalarının sərbəst yolunun orta uzunluğu qazın təzyiqi ilə tərs mütənasibdir.(4) ifadəsindən istifadə edərək. müəyyən yaxınlaşma daxilində , qaz molekulasının effektiv kəsiyini (diametrini) təyin etmək olar. (3) ifadəsindən görünür ki, temperaturdan asılı deyil. Əslində sərbəst yolun orta uzunluğu tempeaturdan asılıdır və temperatura artdıqca artır.


Qazlarda diffuziya, daxlili sürtenmə və istilik keçirmə hadisələri

İstilik hərəkində iştirak edən qaz molekullaları yerləşdikləri qabın bir hissəsindən digər hissəsinə onlara məxsus olan kütləni, impulsu və enerjini daşıyırlar. Kütlənin daşınması diffuziya hadisəsinə, impulsun daşınması qaz layları arasında daxili sürtünməyə, enerjinin daşınması isə istilik keçirməyə səbəb olur. Bu hadisələrin təbiəti eyni olduğu üçün bunlara birlikdə daşınma hadisələri deyilir. Təcrübələr nəticəsində müəyyən olunmuşdur ki, zamanı ərzində səthindən daşınan maddənin kütləsi

(5)
Ifadəsinə görə təyin olunur. Burada – oxu istiqamətindəki sıxlıq qradiyentidir. D - diffuziya əmsalıdır. Mənfi işarəsi göstərir ki, kütlə qazın sıxlığının azalması istiqamətində daşınır.
Qazların molekulyar kinetik nəzəriyyəsindən istifadə edərək diffuziya hadisəsini öyrənək.
Fərz edək ki, qaz molekulalarının orta sürəti ,kütləsi -dir. Qazın daxilində onun konsentrasiyası oxu istiqamətində dəyişir. Qazın temperaturu sabitdir. sətindən sərbəst yolun orta uzunluğuna bərabər olan məsafədə iki kiçik həcm götürək.