Вязкость газов
Плотность потока импульса при наличии градиента скорости в направлении равна:
,
что согласуется с законом Ньютона для вязкого трения.
Динамическая вязкость газов равна:
,
где
- плотность газа.
Вязкость газов зависит от природы молекул газа и температуры.
(вязкость газов увеличивается с ростом
температуры).
Замечание. Общность молекулярно-кинетического механизма явлений переноса различной физической природы проявляется в том, что любой из коэффициентов переноса можно выразить через другие.
Например,
,
.
Приведённое молекулярно-кинетическое
рассмотрение является весьма приближённым
и позволяет получить лишь общее
представление о процессах переноса в
газах. Расчёт
по полученным формулам не удовлетворяет
экспериментально полученным значениям
для различных газов при больших плотностях
газов и в сильно разреженных газах.
Лекция 14. Элементы термодинамики
Как мы отмечали, термодинамика изучат физические свойства макросистем, не интересуясь строением вещества. В своём исследовании она использует наиболее общие законы природы, называемые началами термодинамики. Этих начал три, если не считать закон макроскопической необратимости, который иногда называют нулевым началом термодинамики.
Внутренняя энергия термодинамической системы. Работа и теплота как обобщённые формы обмена энергией в термодинамике
Состояние термодинамической системы
(ТДС), неподвижной в механическом
отношении, однозначно характеризуется
её внутренней энергией
,
которая включает энергию, связанную со
всеми движениями и взаимодействиями
структурных элементов системы.
Для идеального газа, как мы показали, она равна:
.
Внутренняя энергия ТДС может изменяться:
в форме видимой работы под действием внешних сил или в результате силового воздействия системы на внешние тела;
в форме скрытой работы (теплообмена с окружающей средой)
материального обмена (обмена частицами с окружающей средой).
Для ТДС с непроницаемыми границами возможны только два первых способа.
Мы ограничимся рассмотрением только таких ТДС, которые можно назвать простыми.
Работа связана с изменением внешних параметров ТДС, к которым можно отнести:
объём
,
напряжённость внешнего электрического поля
,
индукцию внешнего магнитного поля
,
напряжённость гравитационного поля
,…
Для изменения объёма системы совершается работа:
,
,
где давление определяется уравнением состояния ТДС.
Так как
,
то
при
и
при
,
т.е. при расширении совершается
положительная работа, а при сжатии –
отрицательная.
При внесении диэлектрика в электрическое поле он поляризуется и при этом совершается работа поляризации. В случае однородной поляризации эта работа равна:
,
где
- электрический момент диэлектрика.
Аналогично, работа намагничивания однородного магнетика равна:
,
где
- магнитный момент магнетика.
Величины
,
,
характеризуют воздействующие факторы
и называются интенсивными, а
,
,
характеризуют изменения, вызванные
воздействующими факторами. Величины
,
,
называются экстенсивными. Заметим,
что интенсивные величины не зависят от
массы системы, а экстенсивные зависят
от неё.
Работой называется обобщённая форма обмена энергией между системой и окружающей средой, в основе которой лежит силовое взаимодействие, связанное с изменением внешних параметров системы.
Обратимся теперь к рассмотрению понятия теплоты.
Теплотой называется форма обмена энергией между системой и окружающей средой на микроскопическом уровне взаимодействия молекул системы и среды, не связанная с изменением внешних параметров.
Отметим, что работа и теплота это не виды энергии, а формы её обмена.
Энергия, переданная в форме работы,
называется количеством работы или для
краткости просто работой
,
а в форме теплоты – количеством теплоты
(тепла) или просто теплотой (теплом)
.
,
если тепло подводится к системе,
,
если тепло передаётся окружающей среде.
Работа и теплота являются функциями процессов и поэтому их элементарное приращение не является полным дифференциалом, чем объясняется применение символа « ».