Молекулярная физика и термодинамика
жүктеу/скачать 4,77 Mb.
|
| ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА.
Явлениями переноса называются необратимые процессы в термодинамически неравновесных системах, в которых происходит пространственный перенос энергии (теплопроводность), массы (диффузия), импульса (внутреннее трение). - средняя скорость теплового движения молекул, - средняя длина свободного пробега. 1) Теплопроводность. Если в одной области газа средняя кинетическая энергия молекул больше, чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул происходит процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул – выравнивание температур. Перенос энергии (в форме теплоты) описывается законом Фурье: . Здесь - плотность теплового потока – тепловая энергия, переносимая в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси x, , - коэффициент теплопроводности, - градиент температуры – скорость изменения температуры на единицу длины x в направлении к нормали этой площадки, - удельная теплоемкость газа при постоянном объеме (количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1 К). 2) Диффузия. Явление диффузии заключается в том, что происходит самопроизвольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел; диффузия сводится к обмену частицами (перенос масс) между этими телами, возникает и продолжается, пока существует градиент плотности. Перенос массы (диффузия) дли химически однородного газа подчиняется закону Фика: . Здесь - плотность потока массы – масса вещества, диффундирующего в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси x, D – коэффициент диффузии, , - градиент плотности, равный скорости изменения плотности на единицу длины x в направлении нормали к этой площадке. 3) Внутреннее трение (вязкость). Вследствие хаотического теплового движения молекул происходит обмен молекулами между слоями газа движущимися с различными скоростями, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, а движущегося медленнее – увеличивается (происходит перенос импульса от одного слоя к другому). Это приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. Внутреннее трение описывается законом Ньютона: . Здесь - плотность потока импульса – полный импульс, переносимый в единицу времени в положительном направлении оси x через единичную площадку, перпендикулярную оси x. - динамическая вязкость, - градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости в направлении x, перпендикулярном направлению движения слоев газа. Внешнее сходство математических выражений, описывающих явления переноса, обусловлено общностью лежащего основе явлений теплопроводности, диффузии и внутреннего трения молекулярного механизма перемешивания молекул в процессе их хаотического движения. Формулы для коэффициентов , D и связывают коэффициенты переноса и характеристики теплового движения молекул. Зависимости между , D и : , . жүктеу/скачать 4,77 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|