Газдардағы тасымалдау құбылыстары

§44. Еркін жүрудің орташа жолы

1. Газ молекулаларының жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы (16.8) формуламен анықталады. Бөлме температурасында көптеген молекулалардың жылдамдығы мылтық оғының жылдамдығындай болады. Мысалы, 0ºС-де сутегі, азот және оттегі молекулаларының жылдамдықтары сәйкесінше – 1700 м/с, 455 м/с және 425 м/с болады. Егер молекулалар жылдамдығы осыншалықты үлкен мәндерге ие болса, онда иіссудың иісі бөлменің бір бұрышынан екінші бұрышына бір сәтте жетуі керек. Шын мәнінде иістің жету уақыты бағытты ауа ағыны болмаған жағдайда ондаған минуттар болады. Иіс өте баяу жүретін диффузия процесі арқылы тарайды.

2. Диффузия құбылысының және басқа да құбылыстардың баяу жүру себебін Клаузиус молекулалардың соқтығысуларымен түсіндірді. Газ молекулалары үнемі еркін жүрмейді, олар үнемі басқа молекулалармен соқтығыса қозғалады. Молекулалар бір соқтығысудан екінші соқтысуға дейін өте қысқа уақыт аралығында өте аз жолды еркін жүреді. Соқтығысу кезінде молекулалардың жылдамдығы модулі бойынша және бағыты бойынша өзгереді. Осының нәтижесінде молекулалардың траекториясы түзу сызық емес, көптеген сыну нүктелері бар сызық түрінде болады. Молекулалар әрі-бері ретсіз қозғалып, белгіленген бағытта өте аз орын ауыстырады. Осы құбылысты толық сипаттау үшін Клаузиус еркін жүрудің орташа ұзындығы түсінігін енгізді.

Нақты газдар

§45.

§46.

Сұйықтар

Заттың агрегаттық үш күйі болатындығы белгілі: газ тәріздес;сұйық жәнеқатты. Газдардың молекулаларына алыстан әсерлесу принципі тән. Ал, қатты денелердің атомдары (молекулалары немесе иондары) алыстан да жақыннан да әсерлеседі. Сұйықтардың молекулаларына тек қана жақыннан әсерлесу тән. Сұйық молекулалары үнемі секірмелі қозғалыс жасап Броундық қозғалыста орын ауыстырады. Сұйық молекулаларының орналасуы бей-берекет. Сұйық өзі құйылған ыдыстың төмен жағында орналасады. Сұйық молекулаларының өзара әсерлесуіне байланысты оларға басқаша құбылыстар тән.

§47 Беттік керілу

Сұйық молекуласына айналысындағы басқа молекулалар тарапынан тартылу күштері әсер етеді. Егер молекула сұйық бетінен молекулалық әсерлесу сферасының радиусынан артық арақашықтықта, демек, сұйық ішіндегі орналасса, онда оған әсер етуші күштер тепе теңдік күйде болады. егер молекула қалыңдығы молекулалақы әсерлесу сферасының радиусына тең болатын шекаралық қабатта болса, онда оған сұйық ішіне қарай бағытталған қорытқы күш әсер етеді. Сондықтан молекуланы сұйық ішінен беттік қабатқа шығару үшін жұмыс атқару керек. Сұйық бетінің ауданын изотермиялық және квазистатикалық бір бірлікке (көлемді сақтап) арттыруға қажетті жұмысты сұйықтың беттік керілуі деп атайды. Изотермиялық жұмыс жүйенің еркін энергиясының кемуіне тең. Сыртқы күштер әсер етпейтін сұйықтың еркін энергиясын мына түрде жазуға болады:

(1)

Мұндағы еркін энергияның көлемдік және беттік құраушылары. Егер сұйықтың көлемі өте үлкен болса, онда , демек . Ал, егер сұйықтың көлемі аз болса, онда . Жоғарыда айтылғандарды ескерсек

(2)

мұндағы сұйықтың беттік керілуі, сұйық бетінің ауданы. Сонымен беттік керілуді сұйық аудан бірлігіндегі беттің еркін энергиясы ретінде қарастыруға болады.

2.Тік бұрышты сымнан жасалған каркас алайық. Каркастың СД бөлігі АС және ВД бағыттары бойынша еркін сырғи алсын.АВДС ауданына жұқа сабын қабыршақ тартайық. Бұл қабыршақ екі жақты. Осы екі қабыршақтың ортасында сұйық бар. Тәжірибелерден қабырщақтың қысқаруға ұмтылатынын көруге болады. сондықтан СД жоғары қарай қозғалады. СД-ны орнында ұстап тұру үшін белгілі күшпен әсер ету керек, мысалы жүк ілу керек. Қабықша екеу болғандықтан бұл күшті 2Ғ деп белгілейміз. Егер температураны тұрақты етіп ұстап Ғ күшін өте аз шамаға көбейтсек, онда СД төмен қарай жол жүреді және қабыршақ үстінен жұмыс атқарады. Бұл кезде қабыршақ ауданы шамаға артады. Мұндағы l- СД ның ұзындығы; әрбір қабықшаның ауданының өсімшесі. . Осы екі өрнекті теңестіріп,