26. Барометрлік формула. Больцман үлестірілуі.

Сыртқы күш өрісі әсер етпейтін идеал газда молекулалар жылулық қозғалыс әсерінен бүкіл көлемге бірдей таралады. Сыртқы күш өрісіндегі газ молекулаларының көлем бойынша таралуы біртекті болмайды.

Біртекті ауырлық күші өрісіндегі идеал газ қысымының биіктікке байланысты өзгеруі барометрлік формуламен анықталады:

,

мұндағы: р мен р₀ – газдың h және h = 0 биіктіктердегі қысымы, – газдың мольдік массасы. Осы өрнек пен күй теңдеуі бойынша Больцман таралуы деп аталатын концентрацияның сыртқы потенциалдық өрісте биіктікке байланысты өзгеру заңын алуға болады:

н/е мұндағы п мен п₀ – газдың h және h = 0 биіктіктердегі концентрациясы, т₀ – молекула массасы, - бөлшектің потенциалдық энергиясы.

Барометрлік өрнек бойынша қысым арқылы биіктікті анықтауға болады:

.

27. Термодинамикалық жүйелердегі тасымалдау құбылысы: тұтқырлық (Ньютон заңы).

Ішкі кедергі (тұтқырлық) бір-бірімен араласпай әртүрлі жылдамдықпен параллель қозғалатын газ немесе сұйықтық қабаттары арасында пайда болады.

Бір-біріне параллель және және , жылдамдықтармен қозғалатын (1 және 2) екі сұйықтық қабатын қарастырайық. Жылдамдықтар үшін болсын.

Молекулалар жылулық қозғалыс әсерінен бір қабаттан екінші қабатқа өткенде олар өздерінің ағындағы жылдамдығын, немесе реттелген қозғалыс импульсын да тасымалдайды. Бір қабаттан екінші қабатқа өткен молекулалар соқтығысу нәтижесінде 2 қабаттың реттелген қозғалыс жылдамдығын арттырады, керісінше, 2 қабаттан 1 қабатқа өткен молекулалар 2 қабаттың реттелген қозғалыс жылдамдығын кемітеді.

Молекулалардың бір қабаттан екінші қабатқа импульс тасымалдау нәтижесінде екі қабат арасында Ньютон заңымен анықталатын ішкі үйкеліс күші пайда болады:

.

Мұндағы: – ішкі үйкеліс коэффициенті (динамикалық тұтқырлық); – қабаттардың қозғалыс бағытына перпендикуляр бағытталған жылдамдық градиенті; – үйкелісуші қабаттардың ауданы. Егер қабаттың жылдамдығы үдейтін болса, онда күш оң, кемитін болса теріс деп есептеледі. Ньютон заңын бөлшектердің қабаттар арасында тасымалдайтын импульсі үшін де жазуға болады:

Минус таңбасы импульстің жылдам қозғалатын қабаттан баяу қозғалатын қабатқа тасымалданатынын көрсетеді. Кинетикалық теория негізінде тұтқырлық коэффициенті үшін келесі өрнек анықталған:

мұндағы: – газ тығыздығы, - молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығы, - олардың орташа арифметикалық жылдамдығы.

28. Термодинамикалық тепе-теңсіз жүйелердегі тасымалдау құбылыстары. Диффузия (Фик заңы).

Газдың қандай-да бір көлемінде біртектілік бұзылған жағдайда (газ тығыздығы, температурасы немесе оның жеке қабаттарының реттелген қозғалысының жылдамдығы) сол физикалық шаманың кеңістіктегі таралуын теңестірге бағытталған заттың, энергияның немесе бөлшектердің реттелген қозғалысының импульсінің ағындары пайда болады. Бұл құбылыстарды тасымалдау құбылыстары деп атайды. Тасымалдау құбылыстарына диффузия, жылуөткізгіштік және ішкі кедергі жатады.

Диффузия деп газ, сұйықтық, қатты дене күйіндегі екі дене өзара жанасқанда олардың бөлшектерінің араласу және бір-бірінің ішіне өту құбылыстарын айтады. Температурасы тұрақты газдағы диффузия – заттың концентрациясы көп аймақтан концентрациясы аз аймаққа масса тасымалдану құбылысы байқалады.

Егер концентрациясы n химиялық біртекті газ (немесе тығыздығы ) х осьі бойынша өзгерсе, онда зат тасымалдау құбылысы Фик заңымен сипатталады:

мұндағы: – уақытта аудан арқылы тасымалдану бағытында өтетін газ массасы; – х өсі бойынша тығыздық градиенті (өзгерісі); – диффузия коэффициенті. Минус таңбасы массаның тасымалдануы тығыздықтың кему бағытына қарай жүретінін көрсетеді.

Масса ағынының тығыздығы , (бірлік аудан арқылы бірлік уақытта өтетін зат массасы) тең болады:

= н/е .

Газдардың молекула-кинетикалық теориясынан диффузия коэффициентін анықтауға болады:

,

мұндағы - бөлшектердің орташа арифметикалық жылдамдығы, - молекулалардың еркін жүру жолының орташа ұзындығы.