7.3 Внутрішнє тертя (в'язкість). Закон Ньютона для внутрішнього тертя. Коефіцієнт внутрішнього тертя. Зв'язок між коефіцієнтами для явища переносу

Внутрішнє тертя (в'язкість)

1. Явище внутрішнього тертя спостерігається в тому випадку, коли різні шари газу рухаються з різними швидкостями. У цьому випадку більш швидкі шари гальмуються більш повільними. На макроскопічний рух шарів газу (тобто рух шару як цілого) впливає мікроскопічний тепловий рух молекул.

2. Визначення. Внутрішнє тертя або в’язкість - це властивість рідин і газів чинити опір переміщенню однієї їх частини відносно іншої.

3 . Явище описується законом Ньютона.

4. Пояснення явища. Розглянемо два шари газу, що рухаються зі швидкостями v₁ > v₂ (Рисунок 7.3). У результаті теплового хаотичного руху молекула A із шару 1 переходить в шар 2, і внаслідок міжмолекулярних зіткнень, змінює свій імпульс від значення mv до якогось значення mv' (v₂ < v'< v₁), тобто уповільнює свій упорядкований рух.

Молекула В із шару 2 перейде в шар 1 і змінить свій імпульс від значення mv₂ до значення mv^" (v₂ < v" < v₁), тобто прискорить свій упорядкований рух. Тобто молекули шару 1 уповільнюються, а в шарі 2 прискорюються.

Закон Ньютона для внутрішнього тертя

1. Описує явище внутрішнього тертя.

2. Визначення. Сила внутрішнього тертя F, що діє між двома шарами газу пропорційна коефіцієнту внутрішнього тертя η, градієнту швидкості величини площини dS і часу спостереження dt.

3 . .

Знак мінус показує, що сила внутрішнього тертя протилежна градієнту швидкості, тобто імпульс переноситься в напрямку убування швидкості.

Коефіцієнт внутрішнього тертя η

1. Коефіцієнт внутрішнього тертя характеризує здатність рідин і газів чинити опір переміщенню однієї їх частини відносно іншої.

2. Коефіцієнт внутрішнього тертя (в’язкості) η чисельно дорівнює силі внутрішнього тертя, що діє на одиницю площі, якщо градієнт швидкості шарів дорівнює одиниці.

3. Коефіцієнт внутрішнього тертя – це скалярна величина.

4. , де  густина речовини, -середня арифметична швидкість, -довжина вільного пробігу молекул.

5. .

Зв'язок між коефіцієнтами для явища переносу

; ;

7.4 Внутрішня енергія. Внутрішня енергія ідеального газу. Ступені свободи молекул. Розподіл енергії молекул по ступенях свободи.

Внутрішня енергія ідеального газу U (ф.в.)

1. Внутрішня енергія є важливою характеристикою термодинамічної системи, яка характеризує енергію її молекул.

2. Визначення. Внутрішня енергія - це енергія всіх видів усіх молекул газу.

3. Це скалярна величина.

4. . Де: і – кількість ступенів свободи; m – маса газу; R – універсальна газова стала; T - абсолютна температура газу; μ – молярна маса газу.

5. [U]= Дж.

Види енергій, які може мати одна молекула газу

Одна молекула має такі види енергій: W = W_кп+ W_ко+ W_п+ W_м+ W_я, де W_кп - кінетична енергія поступального руху молекул. W_ко - кінетична енергія обертального руху молекул. W_п - потенціальна енергія взаємодії молекул. W_м - енергія зв’язку атомів у молекулі. W_я - енергія зв’язку атомного ядра.

W_п; W_м; W_я - в ідеального газу не існує. Оскільки ми розглядаємо ідеальний газ, то енергія однієї молекули газу W = W_кп + W_ко.

Кількість ступенів свободи і (ф.в.)

1. Кількість ступенів свободи - характеризує кількість можливих незалежних рухів молекул.

2. Визначення. Кількість ступенів свободи - це кількість незалежних величин, за допомогою яких можна описати рух молекули (Рисунок 7.5).

3

Рис. 46

. Кількість ступенів свободи - це скалярна величина.

5. [і] =1.

Виведення формули внутрішньої енергії ідеального газу

Д ля знаходження внутрішньої енергії ідеального газу (U) потрібно помножити енергію його однієї молекули на кількість молекул у газі . Тобто внутрішня енергія . Оскільки N_Ak = R (де R – універсальна газова стала), маємо .