36 Диффузия.

Диффузией называется проникновение микрочастиц одного вещества в область пространства, занятого другим веществом. Диффузия может наблюдаться как в газах или жидкостях, так и в твердых веществах.

Если в смеси газов в одной области пространства концентрация молекул одного из них велика, а в другой, соседней области пространства мала, то будет наблюдаться проникновение молекул этого газа во вторую область, т.е. перенос массы молекул данного газа. Так движение молекулы хаотично, то скорость диффузионного проникновения из одной области в другую значительно меньше скорости их теплового движения.

Рассмотрим случай, когда концентрация молекул каждого из газов в смеси зависит только от одной координаты . Если мысленно выделить в пространстве некоторую площадку , ортогональную к оси , то поток молекул газа через эту площадку (число молекул, проходящих в единицу времени), как показывает опыт, будет равен

.

Здесь  называется коэффициентом диффузии, а производная  называется градиентом концентрации молекул газа. В трехмерном случае эта производная превращается в вектор градиента. Знак минус в формуле подчеркивает тот факт, что перенос молекул всегда происходит в направлении, противоположном направлению возрастания концентрации.

Если обе части уравнения умножить на массу молекулы газа, то это уравнение преобразуется к виду

,

где  переносимая в единицу времени масса, а  обозначает плотность газа в данном месте. В таком виде уравнение представляет собой закон Фика. Коэффициент диффузии  в си измеряется в м²/с.

Если состояние смеси мало отличается от равновесного, то из статистической теории можно приближенно получить:

.

 

37 Теплопроводность.

Теплопроводность — это передача энергии из одной части тела в другую. В случае газа можно рассмотреть одномерную задачу, как в диффузии. На рисунке надо заменить концентрацию на температуру  и поток частиц на поток тепла . Тогда имеем для теплопроводности закон Фурье

.

Здесь  (каппа) — коэффициент теплопроводности,  — градиент температуры. Знак минус показывает, что тепло передается от более горячей области вещества к более холодной. В случае почти равновесия в газе  вычисляется по формуле:

.

Здесь  — плотность газа,  — удельная теплоемкость газа при постоянном объеме. В СИ коэффициент теплопроводности измеряется в .

В металлах теплопроводность обусловлена хаотическим движением электронов. Исследуется при помощи квантовой теории.

 

38 Взаимодействие зарядов. Их знаки. Единичный заряд. Закон Кулона.

В процессе развития физических исследований выяснилось, что у тел существует электрический заряд. К настоящему времени выяснилось, что:

1. Заряд бывает двух знаков, положительный и отрицательный.

2. Заряд может изменяться только порциями, самая наименьшая из которых называется элементарным зарядом и равна . Это выяснил Милликен.

3. Заряд тела определяется как алгебраическая сумма зарядов, помещенных на него.

4. Закон сохранения заряда: в замкнутой системе полный заряд не изменяется.

5. Протоны, нейтроны и другие ядерные частицы состоят из кварков, которые имеют дробные заряды:  Однако кварки не могут существовать в свободном состоянии.

Единица заряда названа в честь французского физика Кулона, предложившего закон взаимодействия точечных зарядов. Этот закон выглядит следующим образом:

,

где  и  — величины зарядов, помещенных на материальные точки,  — расстояние между МТ,  — величина силы взаимодействия, которая направлена вдоль прямой, соединяющей МТ (заряды одного знака отталкиваются, разного знака — притягиваются). Коэффициент  зависит от системы единиц и в СИ равен

,

где  — электрическая постоянная. Следует отметить, что величина .