Молекулярная физика и термодинамика



бет42/150
Дата22.12.2021
өлшемі4,77 Mb.
#127634
түріЗакон
1   ...   38   39   40   41   42   43   44   45   ...   150
Байланысты:
641a739cac3bd1a19096644cb666f445 (1)

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 : , .




Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   38   39   40   41   42   43   44   45   ...   150




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет