Читать курсовая по физике: "Молекулярно-кинетическая теория газов" Страница 6

(Назад) (Cкачать работу)

При нарушении равновесия система стремится вернуться в равновесное состояние. При этом в системе происходят процессы, связанные с переносом какой-либо физической величины: массы, заряда, энергии, импульса и пр. Отметим, что явления переноса обычно представляют собой необратимые процессы.

Потоком физической величины называется количество этой величины, переносимое в единицу времени через заданную поверхность. Примеры: поток жидкости, поток света, поток тепла,… Для простоты будем рассматривать поток через плоскость перпендикулярную оси х.

. Теплопроводность. Известно, что тепло передается от более нагретых участков к менее нагретым. Количественно процесс теплопроводности описывается законом Фурье: тепловой поток через площадку S пропорционален градиенту температуры

,

где - коэффициент теплопроводности. Это эмпирическое уравнение, полученное Фурье. Минус указывает на то, что тепло передается от более нагретых частей к менее нагретым. Используя аппарат молекулярно-кинетической теории, можно показать, что для идеальных газов коэффициент λ определяется формулой

,

где - удельная теплоемкость при постоянном объеме, - средняя скорость теплового движения молекул, - средняя длина свободного пробега молекулы.

Удельной теплоемкостью при постоянном объеме называется количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1ºК при постоянном объеме.

Средней длиной свободного пробега молекулы называется средний путь, который проходит молекула между двумя последовательными столкновениями.

При теплопроводности происходит перенос энергии от более нагретых областей к менее нагретым.

. Диффузия. Диффузией называется самопроизвольное выравнивание концентраций в смеси нескольких различных веществ, вызванное тепловым движением молекул. Если в сосуде, разделенном перегородкой, содержатся различные газы, то после удаления перегородки газы перемешаются.

Рис.

Диффузия описывается законом Фика: поток массы пропорционален градиенту плотности вещества

,

где D - коэффициент диффузии. Минус указывает на то, что перенос происходит от областей с большей к областям с меньшей концентрацией. Можно показать, что D определяется формулой

.

Отметим, что при диффузии происходит перенос массы.

. Внутреннее трение (вязкость). Рассмотрим две параллельные плоскости, между которыми находится газ или жидкость. Пусть одна плоскость неподвижна, а вторая движется со скоростью V.

Рис.

Между соседними слоями жидкости возникнут силы внутреннего трения, которые описываются законом Ньютона: сила внутреннего трения между двумя слоями газа пропорциональна градиенту скорости

,

где η - коэффициент вязкости. При внутреннем трении возникает поток импульса между слоями жидкости или газа, т.е. здесь передается импульс. Можно показать, что коэффициент вязкости определяется формулой

.

Нетрудно проверить, что коэффициенты переноса связаны соотношениями

.

Похожие работы