Mavzu: Fizika fanidagi yangiliklar, kashfiyot va ixtirolar

Mavzu: Fizika fanidagi yangiliklar, kashfiyot va ixtirolar

Reja:

1.Fizika fanining ilmiy-nazariy asoslari bo‘yicha dolzarb muammolar, yangiliklar, ilmiy izlanishlar, dissertatsiyalar, ilmiy, ilmiy-metodik maqolalar, anjumanlar materiallaridan fanni o‘qitishda foydalanish.

O‘zbekiston Respublikasi Prezidentining 19.03.2021 yildagi «Fizika sohasidagi ta’lim sifatini oshirish va ilmiy tadqiqotlarni rivojlantirish chora-tadbirlari to‘g‘risida» gi PQ-5032-son qaror bilan 2021−2023 yillarda Fizika fanlari bo‘yicha ta’lim sifatini oshirish va fizika sohasidagi ilmiy tadqiqotlarning natijadorligini ta’minlash bo‘yicha kompleks chora-tadbirlar dasturi tasdiqlandi. Quyidagilar uning asosiy vazifalari etib belgilandi: maktablarda fizika fanini o‘qitish sifatini oshirish, darsliklar va o‘quv qo‘llanmalarini takomillashtirish; fizika fani bo‘yicha kadrlarni, xususan, qishloq joylardagi maktablarning o‘qituvchilarini tayyorlash, qayta tayyorlash va malakasini oshirish tizimini rivojlantirish; ta’lim jarayoniga  axborot – kommunikatsiya texnologiyalarni keng joriy qilish; yangi va ta’lim bozorida talab yuqori bo‘lgan mutaxassisliklar bo‘yicha kadrlar tayyorlashni yo‘lga qo‘yish orqali yoshlarning fizika ta’limi bilan qamrab olish darajasini oshirish; fizika sohasidagi ilmiy tadqiqotlarning ishlab chiqarish bilan uzviy bog‘liqligini ta’minlash.

Prezident Sh.Mirziyoyev o‘z ma’ruzalarida axborot-kommunikatsiya texnologiyalarini rivojlantirish uchun qulay sharoit yaratish va shu orqali mamlakat iqtisodiyotining raqobatdoshligini oshirish muhimligini bir necha bor ta’kidlagan. Iqtisodiyot, konsalting va boshqa yo‘nalishlar masalalarining innovatsion yechimlari uchun yuqori texnologiyalar zarur bo‘ladi.

Ushbu texnologiyalarning rivojlanishida fizika muhim rol o‘ynaydi. “Fizikani qanday o‘qitish kerak?” maqolasida akademiklar R. Sagdeyev, V. Fabrikant, L. Gribov, S. Kapitsa shunday yozadi: “Fizikaning o‘zi fan sifatida kuchli matematik apparatga tayanib, nisbatan kam sonli tajriba prinsiplari asosida har qanday bilim sohasi uchun intilishi kerak bo‘lgan narsani namoyish etadi. Siz mantiqiy ravishda juda ko‘p oqibatlarni chiqarib tashlashingiz va dastlabki ma’lumotlardan yakuniy natijani aniq bashorat qilishingiz mumkin. Fizika kursini izchil o‘rganish, boshqa fanlarda ham juda samarali bo‘lgan fikrlash, intuitsiya, mantiqiy usulni rivojlantiradi”(“Izvestiya”, 1975, 30-sentabr).

Kashfiyot nima? Ixtiro nima?

Ilm fan haqida gapirganimizda Kashfiyot yoki ixtiro degan so'zlarni ko'p ishlatamiz. Xo'sh bu ikki so'z ma'no jihatdan bir xilmi? kashf qildi bilan ixtiro qildi so'zlari o'rtasida qanday farq bor?. Aslida bu so'zlar bir biridan farqli bo'lgan ikki xil ma'noni bildiradi.

Ixtiro nima?

Ixtiro bu avvaldan hayotda mavjud bo'lmagan yoki hech qayerda bo'lmagan biror qurilma yoki mexanizmni yaratish. Masalan televizor ixtiro qilinishi degan gapda, televizor avvaldan tabiatda yoki olamda umuman mavjud bo'lmagan. Kimdir televizorni o'z qo'li bilan yasadi va televizor mavjud bo'ldi.

Kashfiyot nima?

•        Kashfiyot esa, bu hayotda avvaldan mavjud bo'lgan, lekin insonlarga noma'lum bo'lgan va hech kim bilmagan biror yangilikni ochish. Boshqacha aytganda, Dunyoda bor bo'lib, lekin odamzot bilmaydigan narsani insonlarga ma'lum qilinishi tushuniladi. Masalan, Amerikaning kashf qilinishi deganda, o'z o'zidan ma'lumki, Amerika avvaldan yerda mavjud bo'lgan, biroq, insonlar bu haqda bilishmagan. Shu sababdan kashf qilindi iborasi ishlatiladi. Yana bir misol keltirsak: tortishish qonuni kashf qilindi deyilganda, bu qonun avvaldan olamda mavjud bo'lgani, biroq bu haqda insonlar bilmaganlar. Haqiqtdan ham, fizika, kimyo, astronomiya va boshqa fanlarda topilgan qonunlar azaldan mavjud, ammo insonlar bu qonunni keyinroq bilib olganlari tufayli qonun kashf qilindi deb aytiladi

“Fizika fani sohasidagi eng katta voqealar”

•        Uyga olib ketish

•        2020-yil fizikada Quyosh sistemasi yili bo‘ldi, deyish mumkin. Shu yilda uchta kosmik missiyalar koinotdagi obyektlar tuprog‘i va jinslaridan namuna olib, ularni Yerga yuborishga muvaffaq bo‘ldi.

•        Xususan, NASA ishga tushirgan OSIRIS-REx apparati Bennu asteroidiga yetib bordi va undan shu darajada ko‘p material yig‘diki, hatto u namunalarni solish uchun o‘rnatilgan konteynerdan toshib ham ketdi. Yaponiyaning “Xayabusa-2” missiyasi ham Ryugu asteroidiga yetib borib, undan namuna olib Yerga qaytib olib kelishga ham ulgurdi. Xitoyning Chane-5 Oy moduli ham Oyga qo‘nishga va uning tuprog‘idan namuna olib Yerga jo‘natishga muvaffaq bo‘ldi.

•        Qora tuynuk

•        Vaqt va fazo uyg‘unligining mavjlanishidan iborat bo‘lgan gravitatsion to‘lqinlardan foydalangan holda astronomlar tomonidan qora tuynuklarning to‘qnashuvini kuzatilishi, shu paytgacha matbuotda yoritishga arziydigan ko‘lamda emasdi.

•        2020-yilda astronomlar hozirgacha aniqlangan eng katta to‘qnashuv haqida ma’lumot berdi. Unga ko‘ra, massasi bizning Quyosh massasidan 85 karra katta bo‘lgan bir qora tuynuk bilan yana Quyoshdan 66 karra katta massaga ega bo‘lgan boshqa qora tuynukning to‘qnashuvidan bu ikkalasining o‘ta ulkan yangi qora tuynukka birlashuvi sodir bo‘ldi. Natijada massasi Quyoshdan 142 karra katta bo‘lgan yanada katta qora tuynuk vujudga keldi. Quyosh massasiga to‘qqiz barobar keladigan massa miqdori esa sof energiyaga aylanib ketdi.

•        Xona haroratida ishlaydigan o‘ta o‘tkazgich

•        O‘ta o‘tkazgichlar juda nozik bo‘ladi. Kvant mexanikasining o‘ziga xos g‘alati qoidalariga ko‘ra, muayyan sharoitlarda elektronlar bir-biri bilan o‘ta yaqinlashib, juftlik hosil qilishi va hech qanday energiya yo‘qotmagan holda harakatlanishi mumkin. Bu esa elektr tokini hech qanday qarshiliksiz, cheksiz uzatish imkonini bildiradi.

•        Afsuski, o‘ta o‘tkazgichlar ishlashi uchun fiziklar o‘ta past haroratlarni hosil qilishlariga to‘g‘ri kelar edi. 2020-yilda esa tadqiqotchilar xona haroratida ham o‘ta o‘tkazgich bo‘la oladigan (atigi 15 darajada ham!) modda kashf qilinganini ma’lum qildi. Buning uchun esa Yer yadrosidagi kabi bosim sharoiti kerak bo‘lar ekan.

•        Yangi turdagi SARS-CoV-2 koronavirusi atigi ikki oy ichida butun dunyo bo‘yicha tarqalib ulgurdi va pandemiya darajasiga chiqib, insoniyatni shoshirib qo‘ydi.

•        Lekin biz unga o‘zimizdagi eng kuchli qurollardan biri bilan – vaksinalarni qo‘llash orqali qarshilik qilyapmiz.

•        Zamonaviy vaksinalar virusning o‘ziga xos nozik bir joyini – hujayraga kirish uchun qo‘llaydigan bog‘lovchi oqsilini mahv qilishga mo‘ljallangan. COVID–19’ga qarshi urushdagi eng birinchi qadamlardan biri ushbu oqsilning strukturasini (xaritasini) aniqlash edi. Tadqiqotchilar bu ishni fizikada kriogen elektron mikroskopiya deb nomlanadigan usulni qo‘llash orqali uddalashga muvaffaq bo‘ldi. Natijada virusning mazkur oqsilining aniq xaritasi olindi. Bu xaritadan foydalangan holda vaksina ishlab chiqaruvchilar uning o‘ziga xos nozik jihatlarini nishonga olishi mumkin bo‘ladi va bu orqali bizning immun sistemamiz uchun kurashda ustunlik beradi

Keyingi vaqtlarda xalqaro integratsiya, yangi yo‘nalishlar va kashfiyotlar fizikani texnika oliy o‘quv yurtlarida o‘qitishni tubdan o‘zgartirish, uni o‘qitishga innovatsion yondashishni talab qilmoqda.

Grafen (ingl. graphene) – uglerodning ikki o‘lchamli allotrop shaklidir. Bir atom qalinligidagi uglerod atomlari qatlami sp2 bog‘ orqali geksagonal ikki o‘lchamli kristallik panjara hosil qilib birikadi. Uni hajmiy kristaldan ajratib olingan grafitning bitta tekisligi sifatida tasavvur qilish mumkin.

Grafen katta mexanik qattiqlikka (~1TPa), yaxshi issiqlik (~5•10³ Vt•m^-1•K^-1) va elektr o‘tkazuvchanlikka (1.16•10^-8 ) ega. Optik jihatidan shaffof. Xona haroratida zaryad tashuvchilar hara­katchanligining kattaligi (2•10⁵ sm²•V^-1•s^-1) uni turli-tuman amaliy maqsadlarda, jumladan nanoelektronika kelajagining asosini belgilovchi va integral mikros­xemalarda kremniyni almashtirishi mumkin bo‘lgan material hamda quyosh batareyalari uchun element sifatida ishlatish imkonini beradi. Shunga qaramasdan grafenning hali o‘rganilmagan juda ko‘p qirralari mavjud. Kelajakda yosh olimlar bu materialning hali kashf qilinmagan xossalarini tadqiq qilish orqali juda ko‘p yangi va olamshumul kashfiyotlar qilishlari tayin.

Bunday yuksak revolyutsion texnologik ish uchun 2010-yili Buyuk Britaniyada faoliyat yuritayotgan rossiyalik olimlar Andrey Geym va Konstantin Novosyolovlar Nobel mukofotiga sazovor bo‘lishdi. Nanomateriallar hozir texnologiyaning ko‘pgina sohalarida va qurilish materiallari ishlab chiqarishda keng qo‘llanilmoqda.

XXI asr nanotexnologiyalarni sanoatda qo‘llash asri deb tan olingan. Shu bilan birga, nanotexnologiyani qo‘llash samaradorligida asosiy rol funksional materiallar va ularga asoslangan mahsulotlar zimmasiga yuklangan. XXI asrda magnit materiallari axborot texnologiyalari, elektron asboblar, ekologik toza, energiya tejamkor texnologiyalar, shuningdek, texnikalarning eng so‘nggi yutuqlarini ta’minlaydi.

Doimiy magnitlarni ishlab chiqarish uchun eng istiqbolli materiallar antiferromagnit to‘ldiruvchiga va polimer matritsaga asoslangan kompozit materiallardir. Yumshoq polimer ichiga magnit to‘ldiruvchi kiritilgan tizimlar yaqinda paydo bo‘ldi. Ular magnitoreologik yoki yumshoq magnit elastomerlar deb nomlangan aqlli materiallarning yangi oilasini shakllantirdi. Bunday materiallar yaqinda Moskva davlat universiteti kristallar va polimerlar kafedrasida kashf qilindi (2020-yil, mart), bunda antiferromagnit modda (Mn O) polimeriga kiritilganda u akkumulyator vazifasini bajardi. Bu ish mualliflari nomzodi Nobel mukofotiga tavsiya etildi.

Hozirgi paytda bir qator yetakchi mamlakatlarda ulkan magnitokalorik effektga asoslangan sovutish moslamalarini yaratish bo‘yicha ishlar olib borilmoqda. Magnitokalorik effekt deb magnitning yoki magnit materialining adiabatik sharoitda magnit maydon tomonidan magnitlanishi yoki magnitsizlantirilishida haroratining o‘zgarishiga aytiladi. Bunday sovutkichning samaradorligi (FIK) 89-90% bo‘ladi. Hozirgi vaqtda ishlatilayotgan kompression sovutkichlar­ning samaradorligi 5%, absorbsion sovutkichlarniki esa 20%.

To‘qsoninchi yillardan boshlab kondensirlangan holat fizikasining yangi yo‘nalishi faol rivojlanmoqda, bu elektronning yo‘naltirilgan spinini ferromagnitdan magnit bo‘lmagan yarimo‘tkazgichga o‘tkazish imkoniyati bilan bog‘liq. Ushbu ishlarning amaliy yo‘nalishi “spintronika” deb nomlangan bo‘lib, ular informatika uchun bir elektronli mantiqiy struktura va spin-axborot tizimlarini yaratish uchun muhimdir. Spintronikadan foydalanish uchun asosiy va istiqbolli nomzodlardan biri uy haroratida ferromagnit tizimga ega bo‘lgan suyultirilgan magnit yarimo‘tkazgichlardir.

So‘nggi paytlarda ma’lumotlarni saqlash zichligi yuqori bo‘lgan qurilmalarda muvaffaqiyatli ishlatiladigan o‘ta kichik magnitlarga qiziqish ortib bormoqda. Ularning supermagnetizmi bitta molekula miqyosidagi magnit xususiyatlari bilan bog‘liq.

Texnik mahsulotlarning asosiy qismi (birinchi navbatda, mashinasozlikda) ferromagnit (temir, po‘lat) bo‘lganligi uchun, ularning tarkibini magnit nazorat qilish (magnit-struktura tahlili), mexanik mustahkamligi va plastik xususiyatlarini, metalning uzluksizligi, begona aralashma qo‘shimchalar mavjudligi, shuningdek, temir-beton buyumlar va konstruksiyalarning mustahkamligi va sifati defektlarini aniqlash uchun keng imkoniyatlar mavjud (magnit defektoskopiya).

Magnit suyuqliklardan foydalanish istiqbollidir. Ushbu mahsulot gidravlik texnika elementlarining o‘rnini bosuvchi va tebranadigan energiyani elektr energiyasiga aylantirish, saraton hujayralarini yo‘q qilish uchun xizmat qilishi mumkin (o‘zgaruvchan magnit maydonda isitish orqali). Bundan tashqari, uni oqava suvlarni tozalash uchun sorbent sifatida; uglevodorodlarni neftshlaklaridan ajratishda; avtomobilsozlikda ishla­tish mumkin.

Rus olimlari L.V. Nikitin, N.Eyxenvald, S.V. Vonsovskiy tomonidan ishlab chiqilgan magnetostrukturaviy tahlilda ferromagnit materialning asosiy xususiyatlari (magnitlanishning to‘yinganligi, o‘tkazuvchanligi yoki qabul qiluvchanligi, gisterezis nobudgarchiligi va boshqalar) ushbu materialning magnit bo‘lmagan fizik xususiyatlari — mexanik, elektr, optik, faza tarkibi va boshqalar bilan bog‘lanishidan foydalanadi. Ferromagnit materialning sifatini nazorat qilish uchun ishlatilishi mumkin bo‘lgan magnit xususiyatlari — bu koersitiv kuch va magnitlanishning to‘yinganligidir. Koersitiv kuch asosan materialning tarkibiga bog‘liq, magnitlanishning to‘yinganligiga esa qotishma tarkibidagi elementlarning o‘zgarishlari sezilarli darajada ta’sir ko‘rsatadi. Koersitimetrlar issiqlik bilan ishlov berish sifatini, qotishma tarkibini va sementlangan qatlamning chuqurligini nazorat qilish uchun ishlatiladi. Juda kichik o‘lchamlarga ega bo‘lgan Xoll datchiklari o‘lchash qiyin bo‘lgan joylarda yoki magnit maydonni aniq o‘lchash uchun ishlatiladi. Eng muhimi shundan iboratki, tekshirilayotgan qismlarga zarar yetkazmasdan magnit xarakteristika­larini osonlikcha o‘lchash mumkin. Shu sababli, magnit tadqiqot usullari zararsiz sinov usullari uchun keng imkoniyatlar ochadi.

So‘nggi paytlarda magnitostrukturaviy tahlildan zaif magnit materiallardan tayyorlangan mahsulotlar: diamagnetik va paramagnetik qotishmalar, birikmalarni tekshirish va sifatini nazorat qilishda foydalanilmoqda va bunda ularning kuchsiz magnitlanganligini tekshirishdan ham foydalana boshladilar. Magnit defektoskopiya usullarining maqsadi tekshiriladigan ferromagnit moddalarda turli xil begona aralashma va buzilishlarni aniqlashdir, ular ko‘pincha mahsulotlar ichida ko‘zga ko‘rinmas (masalan, kattalashtiruvchi lupa bilan ham) bo‘ladi.

Bunday tadqiqotlar bilan SamDUning umumiy fizika, MDUning kristallofizika va kristallografiya hamda SamDAQIning tabiiy fanlar kafedralari hamkorlikda ishlar olib bormoqda.

Nemis olimlari Xepner va boshqalarning ishlarida (Xиптнер Х., Штрониц Х. “Магнитные и токоверхивые способы испитания материалов” М. 1978 г.) materiallarning nuqsonlarini aniqlash, mahsulotlar va qoplamlarning qalinligini o‘lchash, materiallarning qattiqligi, mustahkamligi va boshqa xususiyatlarini aniqlash uchun magnitli nazorat usullarining umumiy obzori keltirilgan.

Robototexnika yuqori texnologiyali mutaxassislarni tayyorlashda alohida o‘rin tutadi. E.I. Yurevich o‘zining “Robototexnika asoslari” nomli kitobida (Sankt-Peterburg, 2020) shunday yozadi: “Zamonaviy robototexnika tarkibiga uzunligi o‘n metrdan ortiq kosmik va qurilish manipulyatorlari va yerda, suvda yuradigan va uchadigan millimetr kattalikdagi mikrorobotlar kiradi. Shuning uchun zamonaviy robototexnika — butun tirik dunyo obyektlari­ning, shu jumladan, odamning ham texnik analoglaridir”. Hozirgi vaqtda ko‘pchilik mamlakatlarda robototexnikadan koronavirusga qarshi foydalanish loyihalari tayyorlanmoqda.

Fizikaning qo‘llanilishiga misollarni yana davom ettirish mumkin. Texnika oliy o‘quv yurtlarida yuqori sifatli, kompetentli va yuqori texnologiyali mutaxassislarni tayyorlash uchun o‘quv dasturiga: magnitostrukturaviy tahlil, magnit defektoskopiya, kvant texnologiyasi, mikromagnetizm, nanotexnologiya, robototexnika asoslari fanlarini kiritish zarur deb hisoblaymiz. Bu esa raqamli iqtisodiyot uchun fizik, texnologik, kvant kompyuter texnologiyalarini egallagan, zamon talabiga javob beradigan muta­xassislar tayyorlash imkonini beradi.

Fizika elementar zarrachalardan  to galaktikagacha bo‘lgan — ob’ektlar va turli tuman hodisalarni o‘rganadi. Fizika tabiiy fanlar sohasiga mansub bo‘lib, tabiat haqida sifatiy va miqdoriy bilimlarni egallashga imkon beradi. Fizikani o‘rganish insonlarning bilish va mantiqan fikrlash qobiliyatlarini rivojlantiradi. Hozirgi jamiyatda har bir insonning muvaffaqiyatli hayot kechirishi uchun fizikadan sifatli bilimga ega bo‘lishi davr talabi hisoblanadi. Fizika ilmiy — texnika taraqqiyoti va tabiiy–ilmiy bilimlarning asosi hisoblanadi.