готовые шпоры на 2ой семестр по физике / 38 вопрос

38

Явления переноса в термодинамически неравновесных системах

В термодинамически неравновесных системах возникают особые необра­ти­мые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит про­странственный перенос энергии (теплопроводность), массы (диффузия), коли­чества движения (внутреннее трение).

Теплопроводность

Если в одной области газа средняя кинетическая энергия молекул больше чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул температура выравнивается. Процесс передачи энергии в форме тепла подчиняется закону теплопроводности Фурье: количество теплоты q, которое переносится за единицу времени, через единичную площадку, прямо пропорционально - градиенту температуры, равному скорости изменения температуры на единицу длины x в направлении нормали к этой площади. , где  - теплопроводность. Знак минус показывает, что при теплопроводности энергия переносится в сторону убывания температуры. Теплопроводность равна количеству теплоты, переносимой через единичную площадку в единицу времени при температурном градиенте , равном единице. Очевидно, что теплота, прошедшая посредством теплопроводности через площадь S за время t: Можно показать, что , где c_v – удельная теплоемкость газа при постоянном объеме,  - плотность газа. Диффузия

Если в стакан с водой аккуратно влить пищевой краситель, то мы увидим, что вода будет постепенно окрашиваться. Это смешивание обусловлено хаотическим движением молекул и называется диффузией.Диффузия сводится к обмену масс частиц этих тел, возникает и продолжается, пока существует градиент плотности. Перенос массы вещества подчиняется закону Фика: масса вещества m переносимая за единицу времени через единичную площадку, прямо пропорциональна градиенту плотности:где D – диффузия (коэффициент диффузии). Знак минус показывает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности.

Диффузия

D равна массе вещества, переносимого через единицу площади за единицу времени при градиенте плотности равном единице. Масса М вещества, перенесенная в результате диффузии через площадь S за время t: . Согласно кинетической теории газов,

Внутреннее трение (вязкость)

Механизм возникновения внутреннего трения между слоями газа (жидкости), движущимися с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями, в результате чего количество движения слоя, движущегося быстрее, уменьшается, движущегося медленнее - увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. Внутреннее трение подчиняется закону Ньютона: , где f – сила внутреннего трения, действующая на единицу площади поверхности слоя,  - динамическая вязкость (вязкость), - градиент скорости. Знак минус указывает, что сила трения направлена против скорости. Вязкость  вычисляется по формуле: . Сила F, действующая на площадь S, пропорциональна этой площади и градиенту скорости : . Между ,  и D существуют простые закономерности: