CC BY
96INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
MOLEKULYAR FIZIKA BOLIMINI O'QITISH USLUBLARI VA MOLEKULYAR FIZIKANI O'RGANISHNING FIZIK VA PEDAGOGIK ASOSLARI
Muxlisa Soliyeva
Nizomiy nomidagi TDPU Fizika-matematika fakulteti tyutori https://doi.org/10.5281/zenodo. 7352432
Annotatsiya. Mazkur maqolada Molekulyar fizika bo'limini o'qitish uslublari hamda Molekulyar fizikani o'rganishning fizik va pedagogik asoslari yoritib berilgan. Maqola davomida turli chizma va masalalardan foydalanilgan bo'lib, maqola so;nggida xulosa va takliflar berib o'tilgan.
Kalit so'zlar: Molekulyar fizika, tabiatshunoslik, mexanika, issiqlik hodisalari.
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ КАФЕДРЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ФИЗИКО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ
ФИЗИКИ
Аннотация. В данной статье описаны методика преподавания кафедры молекулярной физики и физико-педагогические основы изучения молекулярной физики. В ходе статьи использовались различные рисунки и вопросы, а в конце статьи даны выводы и предложения.
Ключевые слова: молекулярная физика, естествознание, механика, тепловые явления.
METHODS OF TEACHING MOLECULAR PHYSICS DEPARTMENT AND PHYSICAL AND PEDAGOGICAL FOUNDATIONS OF STUDYING MOLECULAR
PHYSICS
Abstract. This article describes the teaching methods of the Department of Molecular Physics and the physical and pedagogical foundations of studying Molecular Physics. During the article, various drawings and issues were used, and conclusions and suggestions were given at the end of the article.
Keywords: Molecular physics, natural science, mechanics, thermal phenomena.
Molekulyar fizikani o'rganish tabiatshunoslik fanlari nuqtai nazaridan olamning bugungi manzarasiga bo'lgan ilmiy qarashlarni shakllantirishda katta ahamiyatga ega. Moddaning tuzilishi va turli xususiyatlarining bunga bog'liq ekanligi-butun fizika kursiga singdirilgan masalalardir. R.Feyman ta'kidlaganidek, "...barcha jismlar uzluksiz harakatda bo'lgan, uncha katta bo'lmagan masofalarda o'zaro tortishuvchi, ammo ulardan biri ikkinchisiga jips joylashgan bo'lsa, itarishuvchi atomlardan va mayda jismchalardan iboratdir". Birgina shu jumlada haddan ortiq ma'lumot jamuljamdir.
Mexanikani o'rganishdan molekulyar fizikani o'rganishga o'tish o'quvchilar bilimlarining oshishida, ularning fizik fikrlashlari shakllanishi va kamol topishida ham ilmiy dunyoqarashlar boyishida butunlay yangi bosqichdir. Mexanik xususiyatlardan farqli o'laroq issiqlik hodisalaridagi yangi xususiyatlar ikki omil: moddaning uzlukli tuzilishi hamda o'zaro ta'sirlashuvchi zarralar (molekulalar, atomlar, ionlar) sonining ulkanligi bilan izohlanadi. Shu sababli issiqlik hodisalarini tushuntirish uchun mexanikada ko'rilmagan, yangi, eng avvalo harorat, molekulalarning o'rtacha kvadratik tezligi, ideal gaz, gazning hajmi va bosimi, ichki energiya, issiqlik muvozanati, kvazistatik jarayon, issiqlik jarayonlarining yo'nalganligi hamda termodinamikaning birinchi qonuni kabi fizik tushunchalarni kiritish talab etiladi.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Molekulyar fizikani o'rganish katta tarbiyaviy ahamiyatga ega bo'lib, issiqlik texnikasi va ma'lum texnik xususiyatlarga ega bo'lgan materiallarni yaratish sohasidagi fan va texnikaning ulkan yutuqlarini namoyish etish; issiqlik hodisalarini bilish mumkinligi va ularning o'ziga xos xususiyatlari haqidagi materialistik tasavvurlarini shakllantirish; mexanik hodisalar bilan solishtirish; makro va mikrokattaliklar orasidagi sabab va oqibatli bog'liqliklarning ehtimoliy statistik xarakterini ochib berish; o'rgani-layotgan nazariya, qonun va tushunchalarning tadbiq etish chegaralarini aniqlash; olamning hozirgi zamon tabiiy-ilmiy manzarasining vujudga kelishi va rivojlanishida molekulyar-kinetik nazariyaning ulkan rolini ko'rsatib berishni o'z ichiga oladi.
Ideal gaz qonunlari termodinamik va statistik metodlar o'rganilish natijasida qanday fizik kattaliklarga e'tibor qaratamiz.
Temperaturaninig statistik ma'nosi:
Reomyur farangeyt Tselsiy Absolyut
Suvning qaynashi 800 2120 1000 3730 ,15
Absolyut nol 00 320 00 2730, 15
Suvning muzlashi -2180, 52 -4950, 67 -2730, 15 00
"Molekulyar fizika" bo'limini o'rganishning mazmuni va izchilligi. "Kadrlar tayyorlash milliy dasturi"ga ko'ra fizika ta'lim davlat standartlari ishlab chiqildi. DTS ga ko'ra, molekulyar fizika bo'limi quyidagi masalalar turkumini qamrab oladi.
1.Molekulyar-kinetik nazariya asoslari (molekulyar-kinetik nazariyaning asosiy qonuniyatlari molekulalar haqida asosiy ma'lumotlar, ideal gaz molekulyar-kinetik nazariyasi).
2.Ichki energiya va ish, issiqlik miqdori, (issiqlik dvigatel-lari ishlashining fizik asoslarini ko'rib chiqishda foydalanuvchi issiqlik haqidagi tushuncha va qonunlar).
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
3. Bug', suyuqlik va qattiq jismlarning xossalari.
Molekulyar fizikaning o'quv materialida molekulyar-kinetik nazariya asoslari va ularning tajribada tasdiqlanishi asos qilinib olingan. Bunda o'rganilishi va izohlanishiga alohida diqqatni jalb etish lozim bo'lgan klassik hamda fundamental tajribalar katta va ma'rifiy-tarbiyaviy rol o'ynaydi. Unga molekulalar o'lcham-larining yuqori chegaralarini aniqlash bo'yicha Reley tajribalari, Broun harakati va og'irlik kuchi maydonida zarralar taqsimotini aniqlash borasidagi Perren tajribalari, molekulalar tezligini aniqlash bo'yicha Shtern tajribalari kiradi. Molekulyar fizika va issiqlik hodisalari haqida to'g'ri tasavvur hosil qilmoq uchun tajriba, kuzatishlar, andozaviy tajribalar, miqdoriy misollar, sodda hisob-kitoblar, mikro va makro olamdagi kattaliklarni solishtirish, o'quv kinofilmlarini namoyish etish butun kursni o'rganish davomida qo'shib olib borilmog'i lozim. Ba'zi bir fizik tushunchalar va qonunlar ustida qisqacha to'xtalib o'tamiz.
Muvozanat holat va kvazistik jarayon.
Bu tushunchalar fizikada, shu jumladan termodinamikada ham muhim rol o'ynaydi. Termodinamikada asosan muvozanat holatlari, ya'ni sistemaning barcha qismlarida kattaliklarning vaqt davomida o'zgarmasligi ko'rib chiqiladi. Muvozanat holatdagi sistemaning ikkita parametri (p,V, p,T yoki V, T) ni bilgan holda uchinchisini hisoblab topish mumkin. Agarda sistema, masalan, ideal gaz, muvozanat holatidan chiqarilgan va yangi muvozanat holatiga o'tish hali tugallanmagan bo'lsa, u holda unga holat tenglamasini qo'llab bo'lmaydi.
Kvazistik jarayon deganda sistema parametrlarining sekin o'zga-rishi nazarda tutiladi, ammo "sekin"-nisbiy tushunchadir. Adiabatik jarayon kvazistatik o'tishi uchun u relaksatsiya vaqtiga nisbatan sekin o'tmog'i va issiqlik almashinishi tezligiga nisbatan yetarlicha tez o'tmog'i lozim.
Molekula massasi. Molekula massasini aniqlashning Perren tajribasiga asoslangan metodlaridan birini qarab chiqish mumkin. Perren yaxshilab aralashtirilgan aralashmalarda "begona" moddaning molekulalari o'zini gaz qonunlariga binoan tutishlaridan kelib chiqqan. Buning asosida u, gaz qonunlari ko'p molekuladan tashkil topgan broun zarralari uchun ham o'rinlidir. Gaz molekulalarining atmosfera bo'ylab ikki sababga ko'ra: barcha molekulalarning yerga "qulab tushishi" ni taqozo etuvchi tortish kuchi hamda molekulalarning turli yo'nalishlarda yerdan «sochilib» ketishini taqozo etuvchi xaotik harakat sababli yuzaga keluvchi taqsimoti tushuntiriladi. Bu ikkita o'zaro zid bo'lgan sabablar atmosfera balandligi bo'yicha gaz molekulalarning barqaror taqsimlanishini ta'minlaydi. Perren tajribalariga asoslangan holda shuni ta'kidlab o'tmoq lozimki, zarralar massasi qancha kichik bo'lsa, shuncha katta balandlikda ularning konsentratsiyasi ikki barobar kamayadi. Shuning uchun gaz molekulalarining atmosferadagi taqsimoti bilan emulsiya zarralarining balandlik bo'yicha taqsimotini solishitirib
quyidagini yozish mumkin: M = H, bu yerda M-gummigut zarrasining massasi, m-kislorod
m h
h
molekulasining massasi, #-havodagi, h-esa suyuqlikdagi balandlikdir. Bundan m = M—.
H
Kislorod molekulasi massasini hisoblab topish uchun gummigut zarrasining massasi M va mikroskopni ko'rish maydo-nida bu zarralarning soni ikki marta kamayadigan balandlik h ni bilish lozim. Tajriba gummigutning hajmi va zichligi bo'yicha zichligi ikki marta kamayishi uchun H=5,5 km masofaga ko'tarilishi lozim, massasi M=8,5x10-18 kg bo'lgan broun zarralari uchun esa Perren mikroskop yordamida h=3x105m ekanini aniqladi. Bundan esa kislorodning
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Perren tomonidan aniqlangan massasi 5,1x10-26kg ga teng bo'lib chiqdi, uning yanada aniqroq qiymati 5,31x20-26 kg. Perren molekula massasini shu tarzda aniqladi. O'quvchilarga ixtiyoriy moddaning molekula massasini hisoblash yo'lini ko'rsatib bermoq maqsadga muvofiqdir. Buning uchun avval uglerod shkalasidagi massa atom biriligi tushuncha-sining kilogrammlardagi ifodasini kiritish lozimdir:
— = 1,67 • 10-27 kg 12
Bu massani hamda nisbiy molyar massa Mr ni bilgan holda ixtiyoriy moddaninng bitta molekulasi massasini quyidagi formula yordamida kilogrammlarda hisoblab topish mumkin: mo=1,67x10-27M-r. Moddaning nisbiy molekulyar massasi moddaning tabiiy izotopik tarkibi
molekula massasining uglerod 12 atomi massasining 1 qismiga bo'linganiga teng.
12
Avagadro doimiysi. Avagadro doimiysini aniqlashning ko'plab usullari mavjud: Broun harakati bo'yicha, zarralarning tortishish kuchi maydonidagi taqsimoti bo'yicha va boshqalar. Ammo bu usullar asoslangan qonuniyatlar o'quvchilarga hali ma'lum emas. Shuning uchun o'qitishning bu bosqichida quyidagi usullardan foydalanish mumkin. Suyuqlikning monomolekulyar qatlami bilan o'tkaziladigan tajribadan molekulalar chiziqli o'lchamlarining
yuqori chegaralari aniqlanadi: d = V .
S
Bu yerda F-tomchining hajmi, ^-qatlamning yuzi. U holda molekulaning hajmi:
V3 T/3
V = d—— moddaning hajmi va moli massasi esa mos ravishda: v = N — va
S3 = NaS3
V— =pVm =pNÀ —
HT MS'
Na =-r
A pV3
bo'ladi, bu yerda p-suyuqlik zichligi, ^-Avagadro doimiysi aniqlanadi:
Molekulalar tezligi. Broun harakatidan ma'lum bo'lishi-cha, jismlar tartibsiz harakat qiluvchi molekulalardan tashkil topgan. Ammo bu molekulalar qanday tezlik bilan harakat qiladi? Gazlar kinetik nazariyasining asosiy tenglamasidan kelib chiqishicha, molekulalarning o'rtacha kvadratik tezligi:
&
=&=
3kT
m0
Bu formuladan foydalanib misol tariqasida xona tempe-raturasidagi kislorod molekulalarining (T=300 0K, mo=5,3x10-26 kg) o'rtacha tezligini hisoblab topamiz:
& = V3 • 1.38 •ÎO 23 J/K • 300K « 480m/
Gaz molekulalari tezligini o'lchash uchun ko'plab turlicha tajribalar qo'yilgan. Ilk tajribalardan biri Otto Shtern tomonidan 1920 yilda taklif etildiki, bu tajriba o'zininng to'g'ridan-to'g'ri vazifasidan tashqari fizikada yangi tajriba metodi-molekulyar dastalar metodiga asos soldi. Shunday qilib, bu tajribadan olingan natijalar molekulyar-kinetik nazariya asosida qilingan hisoblashlar bilan butkul tasdiqlanadi.
Moddalarning tuzilishi va xossalari ustida olib borilgan tekshirishlar energiyaning bir turdan ikkinchi turga aylanishining muhim qonuniyatlarini yaratdi. Bu holatlarni o'quvchilarga sodda va aniq tushuntirish uchun esa, albatta modellashtirish metodidan foydalanish lozim.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Demak, bu qonuniyatlarni mohiyati quyidagilardan iborat: Energiyasi bo'yicha ko'tarilib boruvchi qator elementar jarayonlar bu jarayonlarda qatnashuvchi zarrachalar o'lchamlarini pasayib boruvchi o'lchami (masshtabi) bilan xarakterlanadi. Bu muhim qonuniyatni o'quvchilarga quyidagicha tushuntirish mumkin. Ular fizikani o'rganishning birinchi bos-qichidayoq moddalar molekulalardan, molekulalar atomlardan, atomlar yadro va elektronlardan, yadro esa proton va neytronlardan tuzilishini bilib olganlar. Modda ichki tuzilishining bu bosqichini, yirik zarrachalardan mayda zarrachalarga qarab o'zgaruvchi bosqichini ham belgili modelning imkoniyatlaridan foydalanib, tasvirlash mumkin.
Bu tasvirlashdan so'ng esa o'quvchilardagi fikrlash yanada mukammal va tugallangan bo'ladi. Moddaning ichki tuzilishi o'zgaruvchanligini quyidagicha model tarzida ifodalab o'quvchi-larga ko'rsatamiz.
Yuqorida ko'rsatilgan qonuniyat birlik massada turli xil zarrachalarning birikishida reaktsiyaga qatnashuvchi mayda zarrachalar qancha ko'p bo'lsa, ajraladigan energiyalar ham shuncha katta bo'lishini ko'rsatadi. Bu holatni bir qator sonli misollar tasdiqlaydi: muz hosil bo'lishida 80 kkal/kg energiya ajraladi. Bu esa xuddi 1kg muz parchasi (suv molekulasidan) hosil bo'lganidek, yirik zarrachalar qo'shilib katta zarrachalar hosil bo'lganda 80 kkal energiya ajralishini bildiradi. Molekula juda mayda zarrachalar-atomlardan tashkil topgan. Molekulardagi atomlarning bog'lanishi kristalldagi molekulavrning bog'lanishiga qaraganda ming marta kuchli bo'ladi. Yuqarida bayon qilingan xulosa va tushunchalardan kelib chiqib, muz parchasi va muzni tashqil etgan zarrachalarni (molekula, atom, elektron, yadro, protonlar, neytronlar) o'quvchilarga tushunarli bo'lishi uchun uni belgili modellar ko'rinishida tasvirlab ko'rsatish foydali bo'ladi. Demak, muz parchasini belgili model tarzida quyidagicha ifodalaymiz.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
Atomlarda molekula hosil bo'lishida ajralib chiqadigan energiya miqdori, molekulalardan kristall hosil bo'lishida ajralib chiqadigan energiya miqdoriga qaraganda ming marta ko'p bo'ladi. Masalan, atomlar vodoroddan 1kg vodorod molekulasi hosil bo'lishida 52 000 kkal energiya ajralib chiqadi. Atomlar yanada mayda zarrachalar-yadro va elektornlardan iborat. Elektron bilan yadro o'rtasidagi bog'lanish molekulaning atomlari orasidagi bog'lash-nishga qaraganda 10 martacha kuchli bo'ladi. Masalan, 1kg vodoroddagi yadrodan elektronlarni ajratib olish uchun 312 000 kkal energiya kerak.
Atom yadrosi juda mayda zarrachalar proton va neyt-ronlardan tuzilgan. Atom yadrosidagi proton va neytronlar o'rtasidagi bog'lanish atom yadrosi bilan elektronlar orasidagi bog'lanishga qaraganda yuz ming marta kuchli bo'ladi. Shuning uchun atom yadrosida hosil bo'ladigan reaktsiyalarda juda ko'p energiya ajraladi. Masalan, neytron va protonlardan 1kg deyteriy hosil bo'lishida 25-109 kkal energiya ajraladi. Bu juda katta energiyadir.
O'quvchilar ko'z o'ngida yuqoridagi solishtirishlarni yaqqolroq gavdalantirish uchun belgili modelni jadval tarzidagi elementidan unumli foydalanish mumkin. Buning uchun molekula^kristall, atom^molekula, molekula^atom, elnektron^yadro shaklidagi o'zaro bog'lanishni quyidagi jadval tarzida ifodalab o'quvchilar hukmiga havola qilamiz. Natijada esa o'quvchilar bilimini sistemalashtirgan bo'lamiz. Ko'rinib turubdiki, jadvaldagi birinchi qatorda o'zgauvchi, ya'ni o'sib boruvchi reaksiyalar keltirgandi. Ikkinchi qatorda esa o'sib boruvchi energiya miqdorini bir-birdan farqi yaqqol ko'rinib turibdi. Uchinchi qatorda ikkinchi qatordagi energiya miqdorlariga teng bo'lgan 1kg vodorod uchun energiya miqdori misol sifatida keltirilgan.
jadval
Reaktsiya Energiya miqdori (marta hisobida) Energiya 1 kg vodorod misolida
Молекула ^ кристалл 1
Atom ^ molekula 1 х 1000 52 000 kkal
Elektron ^ yadro 1000х10 312 000 kkal
Proton ^ neytron (1000х10)х 100000 25*109 kkal
REFERENCES
1. Karimov I.A. Barkamol avlod orzusi.-O'zbekiston milliy entsiklopediyasi.-: 2000.
2. Karimov I.A. Barkamol avlod-O'zbekiston taraqqiyotining poydevori.- Sharq, 1998.
3. Bugayev A. I. Metodika prepodovaniya fiziki v sredney shkole. -M: Prosvesheniye, 1981.
4. Isaak N'yuton. Matematicheskiye nachala naturalnoy flosofii.-M : Nauka,1989.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC JOURNAL VOLUME 1 ISSUE 8 UIF-2022: 8.2 | ISSN: 2181-3337
5. Razumovskiy V.G.,Xijnyakova L. S. Sovremenno'y urok v sredney shkole.-M: Prosvesheniye, 1983.
6. Dimonstratsionny ekspriment po fizike v sredney shkole. ch.1-2. 1978.
7. Kamenskiy S.Ye., P.V. Orexov Fizikadan masalalar yechish metodikasi.- T: O'qituvchi, 1989.
8. Dadaxujayev P., Botirov M. Fizika kabinetlarini jihozlash. -T: O'qituvchisi, 1984.
9. O'rta maktabda fizika va astronomiya o'qitish. /L. I. Reznikov tav. os. -T: O'qituvchi, 1974.
10. Tursunmetov K. A., Xudoyberganov A. M. Fizikadan praktukum: Akademik litsey va kasb-x,unar kollejlari uchun o'quv qo'llanma.- : O'qituvchi, 2002.
11. Tursunov Q.Sh. Fizika o'qitishda belgili modellar.-Toshkent shahri, j:\Xalq ta'limi-27-29 b.-№3-4 sonlari, 1994.
12. Tursunov Q.Sh. Fizikadan darslarni rejalashtirish (IX sinf) Metodik qo'llanma, - 1994.
13. Tursunov Q.Sh. Fizikadan darslarni rejalashtirish (X sinf) Metodik qo'llanma, - 1994.
