prosdo.ru 1
Итак, в термодинамических неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы, импульса.


К явлениям переноса относятся теплопроводность, обусловленная переносам энергии, диффузия, обусловленная переносом массы, и внутреннее трение, обусловленное переносом импульса. Для простоты ограничимся одномерными явлениями переноса. Систему отсчета выберем так, чтобы ось x была ориентирована в направлении переноса.

1)Теплопроводность.

Если в одной области газа средняя кинетическая энергия молекул больше, чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул друг с другом происходит процесс выравниваний средних кинетических энергий молекул, т.е., иными словами, выравнивание температур.

Перенос энергии в форме теплоты подчиняется закону Фурье:

http://www.bntu-sf.com/img/5/img180.jpg

Это величина, определяемая энергией, переносимой в форме теплоты в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси x. λ– теплопроводность, или коэффициент теплопроводности. dt / dx– градиент температуры, равный скорости изменения температуры на единицу длины x в направлении нормалей единичной площадки. Знак «–» показывает, что при теплопроводности энергия переносится в направлении убывания температуры.

Физический смысл коэффициента теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности λ численно равен плотности теплового потока при градиенте температуры равной единице. Также коэффициент теплопроводности может быть рассчитан по формуле:

http://www.bntu-sf.com/img/5/img181.jpg

где CV– удельная теплоемкость газа при постоянном объеме, ρ– плотность газа, – среднеарифметическая скорость теплового движения молекул, – длина свободного пробега.

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 масс частиц у этих тел, возникает и продолжается пока существует градиент плотности. Явление диффузии для химически однородного газа подчиняется закону Фика:


http://www.bntu-sf.com/img/5/img182.jpg

где jm– плотность потока массы – величина, определяемая массой вещества диффундирующего в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси x, D– коэффициент диффузии, dρ / dx– градиент плотности, определяемый скоростью изменения плотности на единицу длины x в направлении нормали, построенной в данной площадке. Знак «–» показывает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности. Коэффициент диффузии численно равен плотности потока массы при градиенте плотности равном единице. Согласно кинетической теории газа,

http://www.bntu-sf.com/img/5/img183.jpg

3)Внутреннее трение (вязкость).

Механизм возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа или жидкости, движущимися с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями, в результате чего, импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, а движущегося медленнее, увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и к ускорению слоя, движущегося медленнее. Сила внутреннего трения между двумя слоями газа или жидкости подчиняется закону Ньютона

http://www.bntu-sf.com/img/5/img184.jpg

где η– динамическая вязкость, dv / dx– градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости в направлении оси x перпендикулярно направлению движения слоев, S– площадь, на которую действует сила F.

Взаимодействие двух слоев, согласно второму закону Ньютона, можно рассматривать как процесс, при котором от одного слоя к другому в единицу времени передается импульс, по модулю равный действующей силе. Тогда выражение (5) можно представить в виде


http://www.bntu-sf.com/img/5/img185.jpg

где jp– плотность потока импульса – это величина, определяемая полным импульсом, переносимым в единицу времени в положительном направлении оси x через единичную площадку, перпендикулярную этой оси, dv / dx– градиент скорости. Знак «–» указывает, что импульс переносится в направлении убывания скорости.

Динамическая вязкость численно равна плотности потока импульса при градиенте скорости равном единице. Ее можно вычислить по формуле

http://www.bntu-sf.com/img/5/img186.jpg

Из сопоставления формул (1), (6), (3), описывающих явление переноса, следует, что закономерности всех явлений сходны между собой. Эти законы были установлены задолго до того, как они были обоснованы и выведены из МКТ, позволившей установить, что внешние сходства их математических выражений обусловлены общностью, лежащего в основе явлений теплопроводности, диффузии внутреннего трения молекулярного механизма – перемешивание молекул в процессе их хаотического движения и столкновения друг с другом.

Рассмотренные законы Фурье, Фика и Ньютона не вскрывают молекулярно кинетического смысла коэффициентов λ, D и η. Выражения для коэффициентов переноса записаны без вывода, т.к. строгое рассмотрение явлений переноса довольно громоздко, а качественное не имеет смысла.

Формулы (2), (4) и (7) связывают коэффициенты переноса и характеристики теплового движения молекул. Используя эти формулы, можно по найденным из опыта данным зная одни величины определить другие.

Procter and gamble Эффективная брикеты топливные. Бытовая химия украина..