Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Теплопровідність газів




Теплопровідність має місце, коли існує різниця температур, яка викликана будь-якими зовнішніми причинами. Виникнення потоку тепла в газі називається теплопровідністю. Молекули газу в різних місцях його об’єму мають різні середні кінетичні енергії. Тому при хаотичному тепловому русі молекул відбувається перенесення енергії. Молекули, що потрапили з нагрітих частин газу в холодніші, віддають надлишок своєї енергії навколишнім частинкам. Навпаки, молекули, що повільно рухаються, потрапляючи з холодних частин в тепліші, збільшують свою енергію за рахунок зіткнень з молекулами, що мають більші швидкості.

Нехай в деякому об’ємі газу температура T зменшується в напрямку OX (рис. 78). Позначимо через і значення температури на відстанях від поверхні S, причому . Оскільки кінетична енергія газової молекули

, то .

Тому в напрямку зменшення температури буде відбуватися перенесення енергії, а, отже, і кількості теплоти Q, оскільки внут­рішня енергія газу складається з кінетичної енергії його молекул.

Зліва направо рухатиметься кількість молекул, яка дорівнює

,

а справа наліво

.

Відповідно при цьому буде переноситися кількість теплоти

,

.

Загальна кількість теплоти, яка буде переноситися при теплопровідності, дорів­нюватиме

.

Середня енергія молекули дорівнює

.

Тому

.

Якщо градієнт температури

поблизу площадки S, то

,

бо – зміна температури на одиницю довжини. Знак „–” показує, що зростанню x відповідає спадання T. Звідси

,

а коефіцієнт теплопровідності

.

Отже,

.

Отриманий вираз називається законом теплопровідності Фур’є.

Кількість теплоти Q, яка переноситься через поверхню S, перпендикулярну до напрямку OX, в якому зменшується
температура, пропорційна до розміру цієї поверхні, проміжку часу t перенесення і градієнту температури .

Коефіцієнт теплопровідності числово дорівнює кількості теплоти, що переноситься через поверхню в за при градієнті температури .

Оскільки середня довжина вільного пробігу , а густина газу , то добуток не залежить від тиску. Тому коефіцієнт теплопровідності не залежить від тиску.

Однак у сильно розріджених газах, які знаходяться в посудині, може виявитися залежним від тиску. Будемо розріджувати газ, що знаходиться в кубічній посудині з ребром a. При цьому буде збільшуватися, а – зменшуватися. Тому добуток , а, отже, і залишиться сталим.

Понизимо тиск до такого ступеня, що дорівнюватиме a. Тоді при по­дальшому розрідженні буде зменшуватися, а уже не зможе збільшуватися. Тому добуток і будуть тепер зменшуватися разом із зменшенням тиску.

Якщо , то не залежить від тиску p, якщо , то .

Введемо поняття густини потоку тепла. Під густиною потоку тепла розуміють кількість теплоти, яка переноситься через одиницю площі за одиницю часу.

.

Напрямок потоку тепла збігається з напрямком падіння температури. Тепло тече в напрямку зростаючого значення x. Потік тепла спрямований так, щоб зменшувати наявний градієнт температури, який його викликав.

У стаціонарних умовах кількість тепла Q, що проходить за одиницю часу через газ, дорівнює потужності джерела енергії, за рахунок якого підтримується заданий градієнт температури.







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 489. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия