CC BY
0FIZIKA FANI AMALIY MASHG'ULOTLARIDA TERMODINAMIKA IKKINCHI QONUNINING MAZMUNI VA MOHIYATINI O'QITISH 1Najmiddinov Baxtishod Uchqun o'g'li, 2D.I.Kamalova
1Aniq va tabiiy fanlarni o'qitish metodikasi (Fizika va astronomiya) mutaxassisligi magistranti,
Navoiy davlat pedagogika instituti
2Ilmiy rahbar, t.f.d (DSc), prof. https://doi.org/10.5281/zenodo.10991262
Annotatsiya. Ushbu maqolada fizika fanidan amaliy mashg'ulotlar jarayonida Termodinamika ikkinchi qоnunining mаzmuni vа mоhiyаtini o'qitish metodikasi haqida bayon etilgan.
Kalit so'zlar: fizika, amaliy mashg'ulot, termodinamika, sistema, qaytar jarayon, qaytmas jarayon, holat, Junksiya.
Termodinamikaning birinchi qonuni termodinamik jarayonning energetik balansini tuzishga imkon beradi, ya'ni izolyatsiyalangan sistemada energiyaning umumiy zahirasi o'zgarmas ekanligini ko'rsatadi. Lekin, bu qonun energiyaning uzatilish yo'nalishi termodinamik jarayonining sodir bo'lish ehtimolligi va yo'nalishi haqida hech qanday ma'lumot bermaydi. Tabiatda sodir bo'ladigan va ishlab chiqarishda amalga oshiriladigan jarayonlar faqat ma'lum yo'nalishdagina o'z-o'zicha bormaydi. Masalan, eritma o'z-o'zicha hosil bo'ladi lekin tashkil etuvchi komponentlariga o'z-o'zicha ajralmaydi. Issiqlik energiyasi faqat issiq jismdan sovuq jismga o'z-o'zicha o'tadi. Elektr energiyasi yuqori potensialli joydan past potensialli joyga o'z-o'zicha oqib tushadi. Boshqacha aytganda, energiya intensivlik omili kichikroq joyga o'z-o'zicha uzatiladi.
Energiyaning qiymatini aniqlaydigan ikkinchi omil sig'im omili bo'lib, unga elektr miqdori, moddaning hajmi, issiqlik kiradi.
Agar sistema bir muvozanat holatidan ikkinchi holatga uzluksiz oraliq muvozanat holatlari orqali juda sekin o'tsa bunday o'zgarish qaytar jarayon deyiladi. Bunda ikki muvozanat holat orasida holat parametrlari juda kam o'zgaradi va holat parametrlarini juda kam o'zgartirish yo'li bilan sistemaning avvalgi muvozanat holatiga qaytarish mumkin.
Qaytar jarayonlarga qattiq kristall jismning suyuqlanshini suyuqliklarning bug'lanishi, kimyoviy birikmalarning dissotsialanishi va boshqalarni misol keltirish mumkin. To'yingan eritmadan kristallarga tushurishni amalda qaytar jarayon deb qarash mumkin, bunda bosim va haroratning salgina o'zgarishi ham hosil bo'lishi yoki kondensatsialanishiga va demak moddaning cho'kishiga sabab bo'ladi. Muvozanatdagi jarayonni qaytar jarayon deyish mumkin. Shuningdek, har qanday jarayon muvozanatga keladi. Qaytar jarayonlar o'z-o'zicha sodir bo'lmaydi. Ularni amalga oshirish uchun tashqaridan energiya sarflsh kerak.
Qaytmas jarayonlar odatda o'z-o'zicha va faqat bir yo'nalishda muvozanat holatiga yaqinlashadigan yo'nalishda boradi va bu muvozanat qaror topgach jarayon to'xtaydi. Masalan, issiqlikning qaynoq jismdan sovuqroq jismga o'tishi o'ta sovutilgan suyuqlikning kristallanishi yoki o'ta qizdirilgan suyuqlikning bug'lanishi gazlar yoki suyuqliklarning o'zaro diffuziyalanishi va boshqalar.
Qaytar va qaytmas jarayonlarni xarakterlash uchun termodinamikada ko'p qo'llaniladigan intensivlik omili va sig'im omili tushunchalariga to'xtalib o'tamiz. Intensivlik omili ayni turdagi energiyaning kuchlanishini boshqacha qilib aytganda potensialini bildiradi. Masalan, elektr energiyaning intensivlik omili bosim, harorat esa issiqlikning intensivlik omilidir. Energiyaning
miqdorini bildiradigan sig'im omiliga elektr miqdori hajmiy energiyada moddaning hajmi, issiqlik uchun issiqlik sig'imi kiradi.
Termodinamikaning ikkinchi qonuniga ko'ra izolyatsiyalangan sistemalarda o'z-o'zicha boradigan jarayonlarning energiyaning yuqori darajadan past darajaga o'tish yo'nalishidagina borishi mumkin va jarayon sistemaning barcha qismlarida energiya tenglashgunga qadar davom etadi. Ikkinchi qonunga shunday ta'rif berish mumkin: har qanday sistema energiyaning intensivlik omili tenglashadigan muvozanat holatiga kelishiga harakat qiladi. Bu qoidani issiqlikka tadbiq etsak, shunday ifodalaniladi: issiqlik sovuq jismdan issiq jismga o'z-o'zicha o'tishi mumkin emas.
Har qanday energiyaning miqdori intensivlik omilining sig'im omiliga ko'paytmasiga teng. Elektr energiyasi potensialining elektr miqdorining ko'paytmasiga hajmiy energiya potensialining elektr miqdoriga ko'paytmasiga, issiqlik miqdori esa jism issiqlik sig'imining harorat ko'paytmasiga teng. Sistemaning ayrim qismlarida energiyaning intensivlik omili turlicha bo'lgandagina bu sistema jarayoni o'z-o'zicha boradi.
Jarayonlar qaysi yo'nalishda o'z-o'zicha borishini ko'rsatish uchun entropiya degan tushuncha kiritilgan. Issiqlikning hammasi boshqa tur energiyaga to'liq aylana olmaydi. Uning shu sharoitda energiyaning boshqa turlariga aylana olmaydigan go'yo "ahamiyatsiz" qismi ham bor. Ana shu qismning o'lchovi entropiya deyiladi.
Entropiya izolyatsiyalangan sistemada jarayonning qaytmaslik o'lchovi energiyaning o'z-o'zicha boshqa formalarga aylana olmaydigan turga o'tish o'lchovidir. Termodinamik holat funksiyasi bo'lgan entropiya tushunchasini fanga XIX asrning o'rtalarida R.Klazius kiritgan.
Ma'lumki sistema ehtimolligi kamroq bo'lgan holatda o'z-o'zicha o'tishga harakat qiladi. L.Bolsman entropiya S sistema holati termodinamik ehtimolligi (W) ning logorifmiga mutanosib bo'linishini ko'rsatadi.
5 = K ln W
Bunda KBolsmon doimiysi (K = = 1,38 -10 16 erg ; bunda R universal gaz doimiysi,
NA grad
Na - Avogadro soni). Bu tenglama termodinamika ikkinchi qonunining analitik ifodasidir. Agar jarayon o'zgarmas haroratda borsa, u holda
AS = Q
T
Demak, istalgan jarayonda entropiyaning o'zgarishi yutilgan yoki ajaralib chiqqan issiqlik haroratga nisbati bilan o'lchandi. Bundan ko'rinadiki, entropiya holat funksiyasi bo'lib, uning
o'zgarishi sistemaning boshlang'ich va oxirgi holatlarigagina bog'liq. Entropiya -—-
grad • kmol
hisobida ifodalaniladi.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni jarayonlarning qaytarligi bilan bog'liq. Agar jarayon to'g'ri va teskari yo'nalishda olib borilganda sistema uni o'rab turgan muhit o'zining avvalgi holatiga qaytsa, bunday jarayon termodinamik qaytar jarayondir. Agar jarayon natijasida sistema yoki uni o'rab turgan muhitda yo'nalmaydigan o'zgarishlar qolsa, u holda jarayon qaytmas deyiladi.
Entropiya jarayonlarning qaytarlik o'lchovi bo'lib, qaytar jarayonda uning o'zgarishi nolga teng, ya'ni S=const. Qaytmas jarayonlar sistema uchun esa
ds > dQ
T
Ya'ni qaytmas jarayonlarda sistemaning entropiyasi maksimumga qadar ortib boradi. Bu shart (dS>0) faqat izolyatsiyalangan sistemalar uchun umuman to'g'ri keladi. Sisteamning ayrim qismlarida esa unga teskari jarayonlar ham sodir bo'lishi mumkin.
Statistik termodinamikaga ko'ra entropiya sistemadagi molekulalarning tartibsizlik o'lchovidir. Molekulalarning issiqlik harakati qancha kuchli tartibsizligi yuqori darajada bo'lsa, sistemaning entropiya qiymati ham shuncha katta bo'ladi. Shunday qilib termodinamikaning ikkinchi qonuniga quyidagicha ta'rif berish mumkin: izolyatsiyalangan sistemaning entropiyasi qaytmas jarayonlarda ortib boradi, qaytar jarayonlarda o'zgarmasdan qoladi, lekin, u hech qachon kamaymaydi. Entropiya haqidagi tushunchadan foydalanib termodinamikaning ikkala qonuni birlashtirish mumkin, qaytar jarayonlar uchun TdS = dU + 5 yoki
dU = TdS -5A
va umuman barcha jarayonlar uchun dQ < TdS va
TdS > dU + oA demak,
TdS - dU >5A
Bu formula jarayon qaytar bo'lgandagina sistema maksimal ish bajarishini ko'rsatadi. Termodinamik potensiallar. Qaytar jarayonda berilgan sharoitlarda sistema bajargan ishni hisoblab topishga yordam beradigan sistemaning holatini aniqlovchi o'zgaruvchilar asosida olingan funksiyalar termodinamik potensiallar deyiladi. Termodinamik potensiallar holat funksiyalaridir, ya'ni ualrning o'zgarishi faqat boshlang'ich va oxirgi holatiga bog'liq, lekin bosib o'tilgan yo'lga bog'liq emas. Qaysi funksiya termodinamik potensial rolini o'ynashi sitema qanday sharoitda ekanligiga qarab belgilanadi.
Termodinamik potensiallar jumlasiga izoxoro-izotermik potensial F, izobar-izotermik potensial Z, ichki energiya Uva entalpiya H kiradi. Amalda izoxor-izotermik va izobar-izotermik potensiallar ko'p qo'llanilgani uchun biz shularning o'zgarishlarini batafsilroq ko'rib chiqamiz.
O'zgarmas harorat va hajmda boradigan jarayonlar uchun termodinamika ikkala qonunining birlashtirilgan ifodasini quyidagicha yozish mumkin:
A < T (S2 - Si)-(u2 -Ui)
yoki
A < T (U2 - TSi )-(u2 - TSi )
Bu yerda ham tenglik ishorasi qaytar jarayonga talluqli va maksimal ish A ni ko'rsatadi. Funksiya U-TS ichki izoxoro-izotermik potensial deyiladi va F harfi bilan belgilandi:
F = U - TS
F ichki energiya bilan bog'langan energiya (TS) ning ayirmasiga tengligi sababli erkin energiya ham deyiladi. Yuqoridagi formulaga ko'ra izotermik jarayonda bajarilgan maksimal ish
M = -AFI
O'zgarmas harorat va bosimdagi sistemalar uchun termodinamik potensial Z bilan iodalaniladi va izobar-izotermik potensial deyiladi:
Z = U - TS + rV
Bu potensialning o'zgarishi ham sistemaning boshlang'ich va oxirgi holatlarigagina bog'liq, ya'ni
AZ = z2 - Z
Izobar-izotermik jarayonlarda bajarilgan maksimal ish shu potensialning o'zgarishiga teng:
A1 = -AZ
Ikkala potensialning ifodasida entropiya minus ishorali bo'lgani uchun qaytmas jarayonlarda potensiallarning qiymati ortmaydi, balki kamayadi va minimumga intiladi. Boshqacha aytganda izobaro-izotermik jarayonlar izobar potensial Z ning kamayish yo'nalishigagina o'z-o'zicha borishi mumkin. Jarayonning o'z-o'zicha borish chegarasi ya'ni muvozanat sharti potensialning minimal qiymatiga yetishidan iborat bo'ladi. Izoxoro-izotermik jarayonlar uchun tegishli shart-sharoitlar izoxor potensial F ning o'zgarishi orqali ifodalaniladi.
REFERENCES
1. А.А.Ахмeдoв, Д.И.Кaмoлoвa. "Индивидуaльный пeдaгoгичeский пoдхoд к выпoлнeнию лaбoрaторных pa6oT no omrae". "Пeдaгoгикa и coBpeMeHHocTb". MocKBa. №1(15). 2015. С.81-88.
2. Д.И.Кaмaлoвa, Н.Ф.Бурaнoвa, У.Б.Сaидoвa. "Аcтрoнoмичecкий кружoк - путь к пoвышeнию урoвня зтаний учaщихcя". "Нaукa 21 BeKa: Bonpocbi, гипoтeзы, oтвeты" нaучный журнaл. Янвaрь. 2015. №1(10).
3. Д.И.Кaмaлoвa, Г.Турлибaeвa. "Сoврeмeнныe иннoвaциoнныe мeтoды в пoдгoтoвкe будущeгo учителя". "Нaукa 21 вeкa: вoпрocы, гипoтeзы, oтвeты" нaучный журтал. Тaгaнрoг. 2016. №2(17).
4. D.I.Kamalova, Sh.M.Mansurova, M.E.Omonboyeva. "Technique of laboratory works in physics using information technologies". "Science and education". July. 2020. Volume 1. Issue 4. pp. 145-148.
5. D.I.Kamalova, M.A.Quvvatova, G.V.Mardonova. "Сoврeмeнныe мeтoды прeпoдaвaния и прoвeдeния лaбoрaторных зaнятий в пeдaгoгичecких вузaх". International scientific-online conference "Innovation in the modern education system". Washington, USA. Part 12. November 25. 2021. pp. 207-211.
6. D.I.Kamalova, Y.O'.Mardanova. "The role of pedagogical competencies in improving technical knowledge of students in the higher education system". International scientific-online conference "Innovation in the modern education system". Washington, USA. Part 12. November 25. 2021. pp. 434-437.
7. Л.Н.Mузaффaрoвa, Д.И.Кaмaлoвa. "Связь MaTeMaram с ecтecтвeнными нaукaми". "Science and education". April. 2021. Volume 2. Issue 4. pp. 593-603.
8. D.I.Kamalova, Y.O'.Mardanova. "Elektron ta'lim muhitida talabalarning texnik bilimlarini rivojlantirishda pedagogik kompetensiyalardan foydalanish". "Zamonaviy ta'limda matematika, fizika va raqamli texnologiyalarning dolzarb muammolari va yutuqlari" mavzusidagi Respublika ilmiy-amaliy konferensiyasi. Toshkent. 4-5 noyabr. 2021. 321-324 bet.
9. D.I.Kamalova, Y.O'.Mardanova. "Nutzung pädagogischer kompetenzen beim entwicklung technischen wissens von studierenden im e-learning-umfeld". "Berlin Studies" transnational journal of science and humanities. Germany. Volume 1. Issue 1.5. November. 2021. pp. 405411.
10. D.I.Kamalova, S.O.Hamidova, M.N.Kubayev. "Methodology of teaching physics with innovative methods". "Innovative society: Problems, analysis and development prospects" International conference. Germany. February 7. 2022. pp. 168-169.
11. D.I.Kamalova, S.O.Hamidova, O.D.O'rinova, M.E.Omonboyeva. "Elektron o'quv adabiyotlarini ishlab chiqish jarayonlari". "Science and innovation" International scientific journal. Volume 1. Issue 8. November. 2022. pp. 318-321.
12. D.I.Kamalova, I.R.Kamolov, M.E.Omonboyeva. "Methodology of application of innovative educational technologies to the process of physics and astronomy education". "International Journal of Early Childhood Special Education". (INT-JECSE). DOI:10.9756/INTJECSE/V14I6.267 ISSN: 1308-5581 Volume. 14. Issue. 06. 2022. pp. 2144-2146. Web of Science.
13. D.I.Kamalova, M.E.Omonboyeva. "Ta'lim jarayonida innovatsion pedagogik texnologiyalarning asosiy prinsip va qoidalari". "Science and innovation" International scientific journal. Volume 1. Issue 8. December. 2022. pp. 1989-1992.
14. D.I.Kamalova, S.O.Hamidova. "PISA dasturi - o'quvchilarning savodxonligini baholash bo'yicha Xalqaro dastur". "O'qituvchi" ilmiy, uslubiy, metodik va badiiy jurnal. Farg'ona. №7(27). Mart. 2022. 51-54 bet.
15. D.I.Kamalova, O.D.O'rinova, S.O.Hamidova. "Fizika fanini o'qitishda axborot-kommunikatsion texnologiyalarning o'rni va ahamiyati". "Science and innovation" International scientific journal. Volume 1. Issue 8. December. 2022. pp. 1745-1747.
16. D.I.Kamalova, M.E.Omonboyeva. "O'quv jarayonida axborot kommunikatsion texnologiyalardan foydalanishning ahamiyati". "Science and innovation" International scientific journal. Volume 1. Issue 8. December. 2022. pp. 1974-1977.
17. D.I.Kamalova. "AutoPlay dasturidan foydalanib elektron o'quv uslubiy majmua yaratish va undan ta'lim samaradorligini oshirishda foydalanish". "Science and innovation" International scientific journal. Volume 1. Issue 8. December. 2022. pp. 1978-1981.
18. D.I.Kamalova, S.O.Hamidova, N.Q.Ibragimova. "PISA - advantages of the international program". "Science and education" scientific journal. April. 2022. Volume 3. Issue 4. pp. 1051-1054.
19. D.I.Kamalova, S.N.Abdisalomova. "Zamonaviy innovatsion ta'lim". "Journal of universal science research" International scientific journal. Volume 1. Issue 1. 2023. pp. 187-189.
20. D.I.Kamalova, S.N.Abdisalomova. "Zamonaviy axborot texnologiyalari". Conference on universal science research 2023. Volume 1. №1. 2023. pp. 76-79.
21. D.I.Kamalova, O.D.O'rinova, S.O.Hamidova. "Mustaqil ta'limni tashkil etish va unga qo'yiladigan talablar". "Journal of universal science research". Volume 1. Issue 1. 17 january. 2023. pp. 182-186.
22. D.I.Kamalova, M.E.Omonboyeva. "Ta'lim tizimida kreativlik potensialining tarkibiy asoslari va ustuvor tamoyillari". "Journal of science-innovative research in Uzbekistan". Volume 2. Issue 2. February. 2024. pp. 23-28.
