26. Молекулярно-кинетическая теория явления переноса. Коэффициенты переноса и их зависимость от давления.

Если в газе существует пространственная неоднородность плотности, температуры при скорости упорядоченного перемещения отдельных слоев газа, то происходит самопроизвольное выравнивание этих неоднородностей. В газе возникают потоки энергии, вещества, а также импульса упорядоченного движения частиц. Эти потоки, характерные для неравновесных состояний газа, являются физической основой особых процессов, объединенных под названием явления переноса.

Диффузией в простейшем случае называется явлением самопроизвольного взаимного проникновения и перемешивания частиц двух соприкасающихся газов (диффузия может происходить также в жидкостях и твёрдых телах). В химически чистых газах при постоянной температуре диффузия возникает вследствие неодинаковой плотности в различных частях объёма газа. Для смеси газов диффузия вызывается различием в концентрациях отдельных газов в разных частях объёма смеси. При постоянной температуре явление диффузии заключается в переносе массы газа из мест с большей концентрацией данного газа в места с меньшей его концентрацией.

Явление диффузии для химически однородного газа подчиняется закону Фика:

, где j_m – плотность потока массы – величина, определяемая массой вещества, диффундирующего в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси Ox, D – диффузия (коэффициент диффузии), dρ/dx – градиент плотности.

Коэффициент диффузии (D) - это физическая величина, численно равная удельному потоку массы при единичном градиенте плотности вещества.

Для идеальных газов: , где <V> - средняя арифметическая скорости молекул; - средняя длина свободного пробела молекул. Элементарная масса переносимая при диффузии через малую площадку площади dS за бесконечно малый промежуток времени dt вычисляется по формуле: При равномерном изменении плотности масса диффундируемого вещества вычисляется по формуле: , где - масса вещества переносимого через плоскую поверхность конечных размеров площадью за конечный интервал .

Коэффициент внутреннего трения ( ) численно равен напряжению внутреннего трения при единичном градиенте скорости (Данный коэффициент ещё называют кинематическим коэффициентом вязкости).

Для идеальных газов , где - плотность газа.

При равномерном изменении скорости слоёв, между двумя соприкасающимися слоями возникает сила внутреннего трения равная: , где - площадь соприкосновения слоёв.

Коэффициент теплопроводности (К) – физическая величина, численно равная удельному потоку при единичном градиенте температуры. - градиент температуры вдоль оси х.

Физический смысл знака «-» в законе Фурье: Знак минус указывает на то, что перенос энергии в форме теплоты происходит в сторону убывания температуры.

Коэффициент теплопроводности для идеальных газов (однородных): , где R – газовая постоянная; i – число степеней свободы молекул данного газа.

Элементарное количество теплоты переносимое за время dt через малую площадку площадью вычисляется по формуле:

При равномерном изменении температуры вдоль оси x энергия, в форме теплоты переносимая газом за конечный промежуток времени через плоскую поверхность конечной площади , вычисляется по формуле:

( )