Явление переноса
Назовем состояние газа неравновесным,если параметры газа при отсутствии внешних воздействий изменяются с течением времени. Изменение параметров состояния может происходить, например, из-за различия плотности и температуры газа в разных частях объема сосуда, в котором газ находится. Вследствие этого различия в газе наряду с хаотическим движением молекул происходит их упорядоченное движение из одной части объема газа в другую. Если не поддерживать внешним воздействием различий плотности и температуры, то с течением времени в результате упорядоченного движения молекул происходит выравнивание этих различий. Другими словами, газ при отсутствии внешних воздействий переходит из неравновесного состояния в равновесное. В результате упорядоченного движения молекул в газе происходит перенос таких физических величин как массы, внутренней энергии, импульса. Процессы, связанные с переносом физических величин в объеме вещества,называют явлениями переноса. Кявлениям переноса относятся диффузия (перенос массы), теплопроводность (перенос внутренней энергии), внутреннее трение (перенос импульса). Диффузия возникает вследствие неодинаковой плотности в различных частях объема газа. Диффузией называют перенос массы газа из мест, где плотность его больше, в места, где плотность его меньше. Допустим, что перенос массы происходит по оси
(20. 1) где Знак минус показывает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности, т. е. по направлению оси Выражение (20.1) называют уравнением диффузии или законом Фика. Теплопроводность возникает вследствие неодинаковой температуры в различных частях объема газа. Быстрые молекулы, попадая из теплых частей объема газа в холодные, отдают при столкновениях часть своей энергии медленным молекулам. Наоборот, медленные молекулы, попадая из холдных частей объема газа в теплые, отбирают при столкновениях часть энергии у быстрых молекул. Теплопроводностью называют перенос внутренней энергии газа от теплых частей объема газа в холодные части объема. Допустим, что перенос внутренней энергии происходит по оси
где Знак минус показывает, что перенос внутренней энергии происходит в направлении убывания температуры, т. е. по направлению оси Выражение (20.2) называют уравнением теплопроводности или законом Фурье. Внутреннее трение (вязкость) связано с возникновением сил трения между слоями газа, перемещающимися относительно друг друга с различными по модулю скоростями Внутренним трением называют перенос молекулами результирующего импульса своего упорядоченного движения от быстрого слоя к медленному. В результате чего между слоями возникают силы трения, направленные по касательной к поверхности соприкосновения слоев. Из опыта следует
(20. 3) где В выражениях (20. 3) Выражение (20. 3) называют уравнением внутреннего трения или законом Ньютона.
|