![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Явления переноса.В термодинамических неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос массы, количества движения, энергии. К явлениям переноса относятся диффузия, внутреннее трение, теплопроводность. В основе всех 3-х процессов лежит один механизм - хаотическое движение и перемешивание молекул, поэтому их закономерности должны быть похожи, а количественные характеристики тесно связаны друг с другом. Нарушение равновесия приводит к возникновению пространственной неоднородности какой-либо физической величины (плотности, температуры, скорости упорядоченного движения слоёв). Движение молекул выравнивает эти неоднородности. Каждая молекула обладает массой Явление переноса в газах и жидкостях состоят в том, что в этих веществах возникает упорядоченный, направленный перенос массы (диффузия), импульса (внутреннее трение), внутренней энергии (теплопроводность). При этом в газах нарушается полная хаотичность движения молекул и максвелловское распределение молекул по скоростям. а). Диффузией называется самопроизвольное взаимное проникновение и перемещение молекул двух соприкасающихся газов, жидкостей или твердых тел. Рассмотрим это явление вначале с макроскопической точки зрения, а затем с позиции МКТ.
Согласно закону Фика, установленному экспериментально, масса газа DM, переносимая за время Dt через площадку DS, прямо пропорциональна величине этой площадки, времени Dt и градиенту плотности
где Градиент (от лат gradiens - шагающий) - мера измерения какой-либо физической величины при перемещении на единицу длины в направлении наиболее быстрого её возрастания. Если отношение
Согласно кинетической теории газов Коэффициент D - численно равен массе вещества, переносимого в единицу времени через единицу поверхности при градиенте плотности, равном единице. Величина D зависит от вида газа и условий, при которых он находится. 2) Рассмотрим явление диффузии с точки зрения МКТ. Для простоты рассмотрим два одинаковых взаимно проникающих газа, т.е. массы молекул одинаковы. При одинаковых условиях у таких молекул одинаковы
а в обратном направлении Уточним, к каким точкам областей I и II следует отнести концентрации молекул n1 и n1 . Через DS проходят молекулы только из того места, где они испытали последнее столкновение, т.е. с расстояния, равного Определим разность между числом молекул N1 и N2, проходящих через DS за Dt в обоих направлениях:
DM= на основе МКТ. (4) и (5) совпадают, если положить При нормальных условиях Т.к. Т.к. б). Внутреннее трение в газах (вязкость).
где h - динамическая вязкость, Формула (6) определяет модуль двух противоположно направленных сил
Коэффициент h численно равен силе внутреннего трения, действующей на единицу площади поверхности раздела параллельно движущимся слоям при градиенте скорости равном 1. n= У газов с ростом температуры динамическая вязкость h растёт. МКТ объясняет вязкость переносом импульса молекул от одного слоя другому.
1).хаотическом с 2).упорядоченном с Скорость
Попав в другой слой при соударении, молекула отдаёт или приобретает избыток импульса, в результате импульс быстро движущегося слоя убывает, а медленного - возрастает. Молекулы, перешедшие из 1-го слоя во 2-й за Dt перенесут через DS импульс
В результате через площадку DS за Dt перенесен импульс
где Каждая молекула, пересекая DS, переносит импульс, полученный в момент её последнего соударения с другой молекулой, происшедшего на расстоянии
Знак ²минус² указывает, что импульс передается в направлении убывания скорости. Поскольку
Из сравнения (6) и (7) следует, что
Большое значение имеет знание вязкости газов и жидкостей в военной технике - гидравлические амортизаторы, насосы, трубопроводы, движение летательных аппаратов в атмосфере. в) Теплопроводность газов. Явление теплопроводности возникает, если различные слои газа имеют разную температуру, т.е. обладают разной внутренней энергией. С макроскопической точки зрения явление теплопроводности состоит в переносе количества теплоты от более нагретого тела к менее нагретому. Согласно эмпирическому закону Фурье
Количество теплоты c - коэффициент теплопроводности Знак ²минус ² указывает на то, что тепло переносится в сторону убывания температуры.
Коэффициент теплопроводности c - физическая величина, численно равная количеству теплоты, переносимой за единицу времени через единицу площади при градиенте температуры, равном единице. С точки зрения МКТ перенос количества теплоты По аналогии с предыдущими случаями:
|