На головну

Явища переносу в газах

  1.  II. Явища диявола людям
  2.  Аналіз прояву особистості педагога як суб'єкта виховання.
  3.  Аналіз феноменів перенесення, контрпереноса і опору в динаміці терапевтичного процесу.
  4.  Андезити і геодинамічні умови їх прояву.
  5.  Б. Промисловість і мануфактури. Нові явища в економіці країни
  6.  Бонініти і геодинамічні умови їх прояву.
  7.  Залежно від сфери прояву класової суті держави розрізняють функції внутрішні і зовнішні.

При відсутності рівноваги в газі завжди є просторова неоднорідність тих чи інших його параметрів - щільності, тиску, температури. Якщо такий газ надати самому собі, то хаотичний рух молекул поступово вирівнює ці неоднорідності і газ приходить в стан термодинамічної рівноваги.

Явища вирівнювання супроводжуються спрямованим переносом ряду фізичних величин: маси, імпульсу, енергії, електричного заряду і т. Д. - І тому називають явищами переносу.

До явищ переносу відносяться дифузія (обумовлена ??перенесенням маси), теплопровідність (обумовлена ??переносом енергії) і внутрішнє тертя або в'язкість (обумовлена ??перенесенням імпульсу).В основі всехявленій переносалежіт один і той же наступний механізм: безладність теплового руху молекул газу, безперервні зіткнення між ними призводять до постійного перемішування частинок і зміни їх швидкостей і енергій. Якщо в газі існує просторова неоднорідність (градієнт) щільності, температури, або швидкості упорядкованого переміщення окремих шарів газу, то тепловий рух молекул вирівнює етінеоднородності.Таким чином, явища переносу виникають внаслідок накладання хаотичного руху молекул навколишнього середовища на впорядковане переміщення молекул в окремих шарах газу.

Дифузія. Дифузія в газі - це процес перемішування молекул, що супроводжується перенесенням маси з місць з більшою концентрацією (щільністю) даних молекул в місця з меншою концентрацією цих молекул. Таким чином, в процесі дифузії переноситься маса, а змінюється величиною є щільність газу r.

Явище дифузії для хімічно однорідного газу підпорядковується закону Фіка:

, (7.34)

де Jm - Щільність потоку маси - величина, яка визначається масою речовини, що дифундує в одиницю часу через одиничну площадку, перпендикулярну осі x:

;

D - Коефіцієнт дифузії;  - Градієнт щільності, що дорівнює швидкості зміни щільності на одиницю довжинихв напрямку нормалі до цієї площадки.

Знак мінус показує, що перенесення маси відбувається в напрямку зменшення щільності (тому знаки Jm и  протилежні). коефіцієнт дифузії D чисельно дорівнює щільності потоку маси при одиничному градієнті щільності. Згідно кінетичної теорії газів

. (7.35)

Теплопровідність. Якщо в одній області газу середня кінетична енергія молекул більше, ніж в інший, то з плином часу внаслідок постійних зіткнень молекул відбувається процес вирівнювання середніх кінетичних енергій молекул, тобто, іншими словами, вирівнювання температур.

Перенесення енергії в формі теплоти підпорядковується закону Фур'є:

-  , (7.36)

де JE - щільність теплового потоку - величина, яка визначається енергією, яку переносять в одиницю часу через одиничну площадку, перпендикулярну осі x:

;

l - коефіцієнт теплопровідності;  -градіент температури, що дорівнює зміні температури на одиницю довжини x в напрямку нормалі до цієї площадки. Знак мінус показує, що при теплопровідності теплова енергія переноситься в напрямку зменшення температури. Коефіцієнт теплопроводностіl чисельно дорівнює щільності теплового потоку при одиничному градієнті температури.

Можна показати, що

 , (7.37)

де cV - Питома теплоємність газу при постійному обсязі (кількість теплоти, необхідне для нагрівання 1 кг газу на 1 К при постійному обсязі); r - щільність газу;  - Середня швидкість теплового руху молекул;  - Середня довжина вільного пробігу.

Внутрішнє тертя (в'язкість). В'язкість - це виникнення сил тертя між шарами газу або рідини, що переміщаються паралельно один одному з різними швидкостями.

З точки зору молекулярно-кінетичної теорії газів причиною внутрішнього тертя є накладення упорядкованого руху шарів газу з різними швидкостями (Мал. 7.13) На хаотичний тепловий рух молекул.

Розглянемо два шари газу, що рухаються паралельно один одному зі швидкостями v1 и v2, причому v1 2. Завдяки тепловому руху молекули переходять з шару 1, що рухається зі швидкістю v1, В шар 2, що рухається зі швидкістю v2, (Див. Рис. 7.13). При цьому молекули з шару 1 переносять в шар 2 імпульс mv1 свого упорядкованого руху. Так як v1 2, То молекули з шару 1, вдаряючись з молекулами шару 2, відбирають у них частину імпульсу і можуть призвести до затримки шару 1. Навпаки, при попаданні молекул з шару 2 в шар 1 вони віддають частину імпульсу молекулам шару 1 і прискорюють рух цього шару.

Таким чином, з боку шару, що рухається швидше, на більш повільно рухається шар діє прискорювальна сила. Навпаки, повільно переміщається шар гальмує швидше рухомий шар. Сили тертя, які при цьому виникають, спрямовані по дотичній до поверхні зіткнення шарів.

Явище в'язкості супроводжується перенесенням імпульсу направленого руху з швидших шарів в повільніші в напрямку z, Перпендикулярному напрямку x руху слів газу.

Сила внутрішнього тертя описується законом Ньютона:

 , (7.38)

де h - коефіцієнт динамічної в'язкості;  - Градієнт швидкості, що показує зміну швидкості в напрямку x, Перпендикулярному напрямку руху шарів; S - Площа, на яку діє сила F.

Взаємодія двох шарів згідно з другим законом Ньютона можна розглядати як процес, при якому від одного шару до іншого в одиницю часу передається імпульс, по модулю рівний діючої силі. Тоді вираз (7.38) можна представити у вигляді

 , (7.39)

де Jp - щільність потоку імпульсу - величина, яка визначається повним імпульсом, стерпним в одиницю часу в позитивному напрямку осіxчерез одиничну площадку, перпендикулярну цій осі:

.

Знак мінус вказує, що імпульс переноситься в напрямку зменшення швидкості,  - Градієнт швидкості.

Динамічна в'язкість h чисельно дорівнює щільності потоку імпульсу при одиничному градієнті швидкості. Вона обчислюється за формулою

 . (7.40)

З зіставлення формул (7.34), (7.36) і (7.39), що описують явища перенесення, слід, що закономірності всіх явищ переносу подібні між собою.

Формули (7.35), (7.37) і (7.40) пов'язують коефіцієнти переносу і характеристики теплового руху молекул.

З цих формул випливають прості залежності між Dи :

h = r D , l / (h cV ) = 1.

Використовуючи ці формули, можна за знайденими з досвіду одним величинам визначити інші.

 



 Число зіткнень і середня довжина вільного пробігу молекул |  реальні гази

 Хвильовим пакетом називається суперпозиція хвиль, мало відрізняються один від одного по частоті, що займає в кожен момент часу обмежену область простору. |  інтерференція хвиль |  стоячі хвилі |  Термодинамічних. |  Фізичні величини, що характеризують той чи інший стан речовини, називаються параметрами стану. |  Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії |  Рівняння (4) з урахуванням (5) набуде вигляду |  Закон Максвелла розподілу молекул |  досвід Штерна |  Барометрична формула. РозподілБольцмана |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати