§12.Тасымалдау құбылыстары

Жүйенің тепе-теңдік күйі бұзылғанда жүретін құбылыстарды зерттейтін ғылым физикалық кинетика деп аталады.

Тепе-теңдік күйі бұзылғанда газдарда жылудың немесе қозғалыс мөлшерінің ағыны пайда болады. Сондықтан осындай құбылыстарды тасымалдау құбылыстары деп атайды.

Тасымалдау құбылыстарының келесі үш түрі кездеседі: диффузия, жылу өткізгіштік және ішкі үйкеліс (тұтқырлық).

Жылу өткізгіштік құбылысы ортаның әр түрлі нүктелерінің температуралары әр түрлі болғанда жүреді және ортаның температурасы үлкен бөлігінен кіші бөлігіне жылу тасымалданады. Жылу ағыны дегеніміз белгілі бір беттен бірлік уақытта тасымалданатын жылу мөлшері болып табылады.

Газдарда жылу берілу: конвекция және жылу өткізгіштік, жылулық сәуле берілу арқылы болады.

Газдардың жылу өткізгіштігі газ молекулаларының жылулық қозғалысына байланысты жүреді. Жылдамдығы жоғары молекулалардың жылдамдығы төмен молекулалармен үздіксіз араласу нәтижесінде газдың бір қабатынан екінші температурасы төмен қабатына жылу тасымалданады.

1. Диффузия деп - әр түрлі қоспалардың молекулаларының жылулық қозғалыстың нәтижесінде өздігінен бір-бірімен араласып орналасуын айтамыз. Диффузия кезінде газдың І көлемінен ІІ көлеміне зат тасымалданады.

2. Жылу өткізгіштік құбылысы кезінде газдың температурасы жоғарғы көлемінен температурасы төмен көлемге энергия тасымалдайды.

3. Ішкі үйкеліс кезінде газдың бір қабатынан екінші қабатына импульс тасымалданады.

Диффузия кезінде масса, жылу өткізгіштік кезінде энергия, ішкі үйкеліс кезінде импульс тасымалданады. Содықтан бұл құбылыстар тасымалдау құбылыстары деп аталады.

Газ молекуласының еркін жолының ұзындығы:

Газ молекуласының көршілес екі соқтығысу арасында жүріп өткен ара қашықтығын газ молекуласының еркін жолының ұзындығы деп атайды. Өлшем бірлігі .

мұндағы: z –1 секундтағы соқтығу саны

,

.

Газ молекуласының соқтығысу кезіндегі центрлерінің бір-біріне жақындайтын ең аз ара қашықтығын газ молекуласының эффективтік диаметрі деп атайды.

- газ молекуласының эффективті қимасы,

мұндағы: екенін ескерсек

.

Газ молекуласының еркін жолының орташа ұзындығы абсолют температура тура пропорционал және газдың қысымына кері пропорционал.

12.1.Диффузия құбылысы

Диффузия құбылысы кезінде заттың бір көлемінен екінші көлеміне зат тасымалданады. - тығыздық градиенті. Тығыздық градиенті деп белгілі бағытта тығыздықтың өзгеру шапшаңдығын айтады.

Диффузия құбылысын сипаттайтын заңды Швейцар физигі Фик ашты. Сондықтан бұл заң Фик заңы деп аталады:

Диффузия құбылысы кезінде аудан арқылы t уақытта тасымалданатын зат массасы тығыздық градиентіне тура пропорционал болады.

мұндағы: - диффузия коэффициенті, өлшем бірлігі .

12.2.Жылу өткізгіштік құбылысы

Жылу өткізгіштік кезінде заттың бір көлемінен екінші көлеміне энергия тасымалданады.

- температура градиенті. Температура градиенті деп белгілі бағытта температураның өзгеру шапшаңдығын айтады. Жылу өткізгіштік құбылысын сипаттайтын заңды француз ғалымы Фурье ашты.

Сондықтан бұл заң Фурье заңы деп аталады:

Жылу өткізгіштік құбылысы кезінде аудан арқылы t уақытта тасымалданатын жылу мөлшері температура градиентіне тура пропорционал болады.

,

мұндағы: - жылу өткізгіштік коэффициенті, өлшем бірлігі .