22.Внутреннее трение. Формула Ньютона. Коэффициент внутреннего трения.

Внутреннее трение - одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате происходит рассеяние в виде тепла работы, затрачиваемой на это перемещение.

При движении тел внутри жидкости возникают силы вязкого трения. Рассмотрим две параллельные длинные пластины, между которыми находится слой жидкости. Пусть одна из пластин неподвижна, а вторая движется относительно неё с постоянной скоростью v₀. Для поддержания этой скорости постоянной к движущейся пластине необходимо прикладывать постоянную силу F, направленную в сторону движения. Как было экспериментально установлено ещё Ньютоном, сила F пропорциональна v₀, площади S пластины и обратно пропорциональна расстоянию h между пластинами: F=ηSv₀/h. Здесь η – постоянная, называемая вязкостью, или коэффициентом внутреннего трения жидкости. Для данной жидкости коэффициент η зависит от параметров, характеризующих её внутреннее состояние, и в первую очередь от температуры.

Рассмотрим две параллельные пластинки, между которыми находится газ. Одна из пластин неподвижна, а вторая двигается со скоростью u. Чтобы поддерживать эту скорость постоянной, к движущейся пластинке необходимо прикладывать силу F. Если расстояние между пластинами равно l, а площадь одной пластины – S, то, как это экспериментально установлено Ньютоном, F=ηSu/l. Коэффициент η в этой формуле называется коэффициентом внутреннего трения или вязкостью. Если направить ось х перпендикулярно пластинам, то формулу можно записать так F=ηSdu/dх. Как показала МКТ, вязкость газа связана с микроскопическими величинами, характеризующими движение молекул, формулой η=1/3ρvλ.

24.Диффузия в различных средах. Закон Фика. Коэффициент диффузии.

Диффузией называется проникновение молекул одного вещества среди молекул другого. Например, диффузия газов. Если молекулы обоих газов мало отличаются друг от друга, то диффузию принято называть самодиффузией. Для наблюдения самодиффузии нужно как-то «пометить» часть молекул. Если концентрация «меченых»молекул равна n₁, то для одномерной самодиффузии выполняется закон Фика: диффузионный поток (количество «меченых» молекул через единичную площадку в единицу времени) пропорционален производной концентрации по координате Г₁=‒Ddn₁/dх, а коэффициент диффузии D=1/3vλ. Расчет взаимной диффузии для газов, молекулы которых сильно отличаются друг от друга, представляет собой непростую задачу.

26.Фаза.Фазовые превращения первого рода. Изменения агрегатного состояния вещества. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.

Фазой называется макроскопическая, физически однородная часть вещества, отделённая от остальных частей системы границами раздела, так что она может быть извлечена из системы механическим путём. Фаза более мелкая категория, чем агрегатное состояние вещества, - в любом агрегатном состоянии, кроме газообразного, может быть многофазная система. Важнейшим вопросом в учении о фазах является выяснение условий, при которых система, состоящая из двух или нескольких фаз, находится в равновесии. Равенство давлений и температур ещё не означает, что система находится в равновесии, необходимо ещё равновесие по отношению к взаимным превращениям фаз.

Рассмотрим систему, состоящую из двух фаз 1 и 2 , которые могут превращаться друг в друга. Пусть m₁ и m₂ массы первой и второй фаз, а φ₁ и φ₂ – их удельные термодинамические потенциалы. Тогда для всей системы Ф=m₁φ₁+m₂φ₂. Если φ₁>φ₂, то всякое превращение фазы 1 в фазу 2 сопровождается уменьшением Ф, это превращение будет происходить, пока вся фаза 1 не перейдёт в фазу 2. Наоборот, если φ₁ < φ₂, то фаза 2, в конце концов, превратится в фазу 1. Только при условии φ₁=φ₂ возможно равновесие. Таким образом, условием равновесия фаз является равенство их удельных термодинамических потенциалов. При изменении давления температура фазового равновесия также изменяется. Примерами фазовых превращений являются изменения агрегатного состояния вещества. Найдем, например, наклон кривой испарения. При смещении вдоль кривой испарения

dφ₁=dφ₂, т.е. v₁dP-s₁dT=v₂dP-s₂dT, или dP/dT=(s₁-s₂)/(v₁-v₂), где v и s - удельные объём и энтропия. При переходе из газообразного состояния 1 в жидкое состояние 2 выделяется количество тепла, - удельная теплота испарения q₁₂, поэтому s₁–s₂=q₁₂/Т, тогда dP/dT=q₁₂/(T(v₁–v₂)). Это важное соотношение называется уравнением Клапейрона-Клаузиуса. Для кривой испарения воды dP/dT=36гПа/К.