Тақырып: Физикалық кинетика элементтері

Егер термодинамикалық жүйе өзінің тепе-теңдік күйін сақтаса, онда жүйенің макропараметрлері күй теңдеуіне бағынады:

(4.1)

Бірақ табиғатта кездесесетін процесстер көбінесе тепе-теңдіктегі емес болады, немесе белгіленген жүйе бірнеше, бір -бірі мен жалғасқан тепе-теңдіктегі емес күйлерден өтеді. Онда тепе-теңдіктегі емес процесстерді сипаттайтын күй теңдеуі айтылған парамертлер мен қоса және уақытқа тәуелді болу керек, яғни:

Тепе-теңдіктегі емес күйлердің ерекшесі–олардың тепе-теңдік күйіне ұмтылысы.

Егер жүйені тепе-теңдікте сақтайтын сыртқы денелердің әсері жоғалса, онда белгіленген жүйе өз беті мен өзінің тепе-теңдік қалпына қайтуға ұмтылады. Осындай жұйенің тепе-теңдікте емес күйінен тепе-теңдік күйіне қайтуы релаксация процессі деп аталады.

Жүйенің тепе-теңдік қалпына келуі әрқашанда қалыптасқан физикалық заңдарға бағынады. Мысалы, кез-келген термодинамикалық параматрдың тепе-теңдік күйіне ұмтылғандағы өзгеру жылдамдығы сол парметрдың лездік және тепе-теңдік мәндерінің айырмашылығына пропорционал деп санауға болады:

= - (4.3)

Егер осы дифференцилдық теңдеуді шығарсақ, онда:

= (4.4)

Мында t = уақытында параметрдың мәні е рет азаяды. Ол релаксация уақыты деп аталады. Егер термодинамикалық жүйенің күйі тепе-теңдіктегі емес болса, онда кей бір физикалық шамалардың градиенты болуға тиісті. Сол физикалық шамалардың градиенті сыртқы шарттар мен қосталмаса, онда термодинамикалық жүйе молекулалардың жылулық хаотикалық қозғалысы арқылы өзінің тепе-теңдік күйіне әрқашанда қайта оралады. Ондай процесске сәкес релаксация уақыттың мәні молекулалрдың бір-бірі мен соқтығыстарына және молекулалардың бір-бірі мен импульстер немесе энергиялар мен ауысыуны тәуелді болады. Кейбір жағдайларда термодинамикалық жүйедегі физикалық шамалардың градиенттері сыртқы жағдайлар мен қосталуы мүмкін (мысалы, температурың немесе концентрациялардың айырмашылықтары және т.б.) Онда жүйенің молекулалық қозғалысы ортада үздіксіз жылулық энергияның немесе заттың массасының сәйкес физикалық шаманың градиентіне карама-қарсы тасымалдауына келтіреді.

Сонымен, термодинамикалық жүйеде кей бір физикалық шаманың градиенті сақталса, онда сол физикалық шаманың градиентіне қарама-қарсы физикалық шама тасымалданады. Онша үлкен емес физикалық шаманың градиентіннің мәндеріне сәйкес келетін физикалық шаманың ағыны сол шаманың градиентіне пропорционал, ал пропорционалдық коэффициенті тасымалдау құбылыстың коэффициенті боп саналады.

Егер қарастырылып отырған ортады температураның градиенті сақталса, онда тасымалданатын физикалық шама молекулардың жылулық энергиясы пайда, ал болатын тасымалдану құбылыс жылу өткізгішілік деп аталады. Кей бір жағдайларда физикалық жүйеде заттың концентрациясының градиенті сақталуы мүмкін, онда тасымалданатын физикалық шама заттың массасы, ал мұндай жағдайда өтетін тасымалдау құбылыс-диффузия. Келесе белгіленетін тасымалдыу құбылыс ол газдардағы ішкі үйкеліс. Мұнда ортада газдың молекулаларының бағытталған жылдамдықтарының градиенті болуы керек, онда тасымалданатын физикалық шама-молекулалрының импульстары. Жалпы тасымалданатын құбылыстар тек қана осы белгіленген үш құбылыстар мен аяқталмайды. Мысалы, ортада потенциалдың градиенті сақталса онда электр өткізгішілік құбылысы орындалады да, тасымалданатын физикалық шама электр заряды.