Тақырып. ГАЗДАҒЫ ТАСЫМАЛДАУ ҚҰБЫЛЫСТАРЫ

Тасымалдау құбылыстары деп заттың жеке қабаттарының реттелген орын ауыстыру жылдамдығының, тығыздығының немесе температурасының біртекті емес жағдайларымен байланысты процестерді атайды.

Термодинамикалық тепе-тең емес жүйелердегі қайтымсыз тасымалдау құбылыстары кеңістікте энергияның, массаның және импульстің тасымалдануын анықтайды. Қарапайым бір өлшемді құбылыстарда тасымалданатын физикалық шамалар тек бір декарттық координатаға тәуелді болады. Жалпы жағдайда осі бойымен тасымалдау бағытын белгілеу қабылданған.

Жылу өткізгіштік құбылысы. Егер газдың берілген көлемінің бір аумағында молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы басқа бөлікпен салыстырғанда үлкен болса, молекулалардың ретсіз қозғалысы салдарынан үздіксіз соқтығысу нәтижесінде олардың орташа кинетикалық энергиялары теңесіп отырады, яғни көлемнің барлық аумағында температураның орнығуы болады. Энергияның жылу түрінде тасымалдануы Фурье заңымен сипатталады:

. (86)

Мұндағы бірлік уақытта осіне перпендикуляр жазық беттің бірлік

ауданы арқылы жылу түрінде тасымалданған энергияға тең шама - жылу ағынының тығыздығыдеп аталады; жылу өткізгіштік коэффициенті;

жазық бетке перпендикуляр х тасымалдау бағытындағы бірлік ұзын-дықта температураның өзгеру жылдамдығына тең шама температура градиенті деп аталады. Минус таңбасы энергияның температурасы төмен аумаққа қарай тасымалданатынын көрсетеді. Жылу өткізгіштік коэффициенті температура градиенті бірге тең болғандағы жылу ағынының тығыздығына тең.

. (87)

Мұндағы газдың тұрақты көлемдегі меншікті жылу сыйымдылығы;

газдың тығыздығы; жылулық қозғалыстағы молекуланың орта жылдамдығы; молекулалардың еркін жолының орташа ұзындығы.

Үш өлшемді жылу өткізгіштік жағдайында Фурье заңының формуласы мына түрде жазылады:

. (88)

Мұндағы энергия тасымалдау бағытына сәйкес жылу ағыны тығыздығының векторы, оның модулі (86) формулаға сай анықталады.

Диффузия деп газдардың, сұйықтардың немесе қатты денелердің жанасу аумағында олардың бөлшектерінің (атомдарының, молекулаларының) өздігінен араласып бір-біріне өту құбылысын айтады. Температура тұрақты болғанда химиялық таза газдарда диффузия берілген көлемнің жеке аумақтарындағы газ тығыздығының айырмашылығынан болады. Біртекті газдағы бір өлшемді диффузияда газдың массасы тығыздығы үлкен аумақтан тығыздығы аз аумаққа тасымалданады. Тасымалдау процесі Фикзаңымен сипатталады:

(89)

Мұндағы бірлік уақытта осіне перпендикуляр жазық беттің бірлік

ауданы арқылы тасымалданған зат массасына тең шама массалық ағын-ның тығыздығыдеп аталады; диффузия коэффициенті; жазық бетке перпендикуляр х тасымалдау бағытындағы бірлік ұзындықта зат тығыздығының өзгеру жылдамдығына тең шама тығыздық градиенті деп аталады. Минус таңбасы масса жүйенің тығыздығы төмен аумағына қарай тасымалданатынын көрсетеді. Диффузия коэффициенті тығыздық градиенті бірге тең болғандағы масса ағынының тығыздығына тең. Идеал газдың МКТ-на сәйкес бұл коэффициент: . (90)

Мұндағы жылулық қозғалыстағы молекуланың орта жылдамдығы;

молекулалардың еркін жолының орташа ұзындығы.

Фик заңының формуласын екенін ескеріп, молекулалардың концентрациясы арқылы да жазуға болады: . (91)

Мұндағы бірлік уақытта осіне перпендикуляр жазық беттің бірлік

ауданы арқылы өтетін молекулалар санына тең шамамолекулалар ағынның тығыздығы деп аталады;

Үш өлшемді диффузия жағдайында Фик заңының формуласы мына түрде жазылады: . (92)

Ішкі үйкеліс (тұтқырлық)деп әртүрлі жылдамдықпен бір-біріне қатысты параллель қозғалатын сұйық немесе газ қабаттарының арасындағы үйкеліс күштерінің пайда болу құбылысын айтады. Жылдам қозғалатын қабат баяу қозғалатын қабатқа үдетуші күшпен әсер етеді. Керісінше, баяу қозғалатын қабат тарапынан тез қозғалатын қабатқа тежеуші күш әсер етеді.

Қабатаралық ішкі үйкеліс күштері қабаттардың жанасу бетіне жанама бойымен бағытталады. Газ қабаттарының арасындағы ішкі үйкеліс күші:

(93)

Мұндағы динамикалық тұтқырлық (ішкі үйкеліс) коэффициенті;

күш әсер ететін беттің элементі; қабаттардың қозғалыс бағытына перпендикуляр х бағыттағы жылдамдықтың өзгеру шапшаңдығын сипат-тайтын шама жылдамдық градиенті деп аталады.

Жылулық қозғалыстағы молекулалар жылдамдықтары әртүрлі бір қабаттан екіншісіне үздіксіз ауысу кезіндегі олардың арасында импульс алмасу болады. Жылдам қозғалатын қабаттардың импульсі азайып, баяу қозғалыстағы қабаттардың импульсі артады.

Ішкі үйкеліс құбылысы Ньютон заңымен сипатталады:

. (94)

Мұндағы бірлік уақытта осіне перпендикуляр жазық беттің бірлік

ауданы арқылы тасымалданған толық импульске тең шама импульс ағынының тығыздығы деп аталады. Минус таңбасы импульс жылдамдықтың азаю бағытымен тасымалданатынын көрсетеді. Ішкі үйкеліс коэффициенті жылдамдық градиенті бірге тең болғандағы импульс ағынының тығыздығына тең. Идеал газдың МКТ-на сәйкес бұл коэффициент:

. (95)

Тасымалдау құбылыстарын сипаттайтын (86), (89), және (94) формулаларын салыстыра отырып, бұл құбылыстардың заңдылықтары ұқсас екені байқалады, яғни хаостық қозғалыс пен бір-бірімен соқтығысу процесіндегі молекулалардың араласу механизмі аталған құбылыстардың ортақ шарты болып табылады. Тасымалдау құбылыстарының коэффициенттері өзара байланысты:

.