Мультимедийные лекции по физике

Молекулярная физика

Тема 3. Физическая кинетика.

Явления переноса в газах

План лекции

3.1.Длина свободного пробега молекул.

3.2.Явления переноса.

3.3.Диффузия.

3.4.Теплопроводность.

3.5.Внутреннее трение (вязкость).

3.6.Взаимосвязь коэффициентов переноса.

3.1. Длина свободного пробега

молекул газа

Молекулы газа:

-участвуют в хаотическом тепловом движении,

-непрерывно сталкиваются между собой,

-изменяют направление своего движения.

Эффективным диаметром (dэфф ) молекулы называется наименьшее расстояние, на которое

сближаются центры двух молекул при столкновении.

Эффективным сечением молекулы называется

площадь круга радиусом dэфф..

Эффективный диаметр и эффективное сечение молекулы

dэфф

Если сталкиваются молекулы с разными радиусами, то эффективное сечение определяется как:

(r12 r22 )

Под эффективным сечением молекулы часто понимают площадь сечения сферы «ограждения» вокруг рассматриваемой молекулы, куда не может

попасть другая молекула.

Понятие эффективного сечения широко используется при рассмотрений различных явлений при столкновениях частиц.

Налетающая частица может:

-изменить направление своего движения;

-рассеяться;

-поглотиться;

-ионизовать атом;

-разбить молекулу на атомы.

Всоответствии с этим говорят об эффективном

сечении рассеяния, поглощения, ионизации, диссоциации.

Эффективное сечение зависит от скорости сталкивающихся частиц.

Зависимостью эффективного сечения от скорости молекул можно пренебречь, если рассматривать:

-процесс упругого рассеяния молекул;

-молекулы считать твердыми шариками.

Рассмотрим идеальный газ, состоящий из молекул, каждая из которых является твердым шариком радиусом r.

Столкновение между молекулами происходит всякий раз, когда центры двух молекул окажутся на расстоянии dэфф, друг от друга.

Длина свободного пробега молекул – это среднее

расстояние, проходимое молекулой между двумя последовательными столкновениями.

Поскольку эта величина случайная, то можно говорить только о средней длине свободного пробега

молекул, обозначаемой как .

Средняя длина свободного пробега молекул определяется по формуле

vz

v - средняя арифметическая скорость молекул;

z - среднее число столкновений молекулы за единицу времени (1 сек).

Для вычисления среднего числа столкновений z применим «метод замораживания» молекул.

Он заключается в следующих предположениях: а) молекулы – упругие шарики диаметром dэфф;

б) все молекулы неподвижны, кроме рассматриваемой, которая движется со скоростью

v .

Проследим за движением выделенной молекулы.