- •Мультимедийные лекции по физике
- •Тема 3. Физическая кинетика.
- •3.1. Длина свободного пробега
- •Эффективный диаметр и эффективное сечение молекулы
- •Если сталкиваются молекулы с разными радиусами, то эффективное сечение определяется как:
- •Понятие эффективного сечения широко используется при рассмотрений различных явлений при столкновениях частиц.
- •Эффективное сечение зависит от скорости сталкивающихся частиц.
- •Столкновение между молекулами происходит всякий раз, когда центры двух молекул окажутся на расстоянии
- •Средняя длина свободного пробега молекул определяется по формуле
- •Для вычисления среднего числа столкновений z применим «метод замораживания» молекул.
- •Вследствие непрерывных столкновений данная молекула движется по некоторой ломаной линии.
- •«Ломаный» цилиндр
- •Число столкновений z равно числу молекул,
- •На самом деле нужно учесть, что все молекулы движутся.
- •Длина свободного пробега молекул:
- •Произведём оценку длины свободного пробега при разных давлениях для молекул кислорода.
- •Зависимость длины свободного пробега от давления
- •Вакуум:
- •В состоянии вакуума:
- •Cтепень вакуума
- •3.2. Явления переноса
- •Тепловое движение молекул:
- •К явлениям переноса относятся:
- •2.3. Диффузия
- •Наиболее часто встречающимся примером диффузии
- •Чтобы возникла и продолжалась диффузия, необходимо наличие градиента плотности вещества
- •Масса вещества dM, перенесенная в результате диффузии через перпендикулярную направлению переноса площадку dS
- •Направления градиента плотности и переноса
- •Коэффициент диффузии D численно равен массе вещества, переносимой за единицу времени через единичную
- •3.4. Теплопроводность
- •В результате столкновений:
- •Уравнение теплопроводности имеет вид
- •Направления градиента температуры и переноса
- •Коэффициент теплопроводности равен количеству теплоты, перенесенному за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную
- •Вещества с большими значениями легко проводят тепло и называются хорошими проводниками
- •Хорошие проводники тепла
- •Согласно кинетической теории газов можно показать,
- •3.5. Внутреннее трение
- •Величина импульса направленного движения dр, перенесённого через площадку dS , расположенную перпендикулярно направлению
- •Направления градиента скорости направленного движения слоёв и переноса импульса направленного движения
- •Коэффициент вязкости равен величине импульса направленного движения молекул, перенесенному за единицу времени через
- •Согласно кинетической теории газов можно показать зависимость коэффициента вязкости от величин:
- •Закон Ньютона для внутреннего трения
- •fтр dudr
- •Для примера рассмотрим равномерное движение шарика радиусом r со скоростью u0 в газе
- •Расстояние L (от шарика в сторону пришедших в
- •Представленные формулы, описывающие явления
- •Интегральные уравнения выглядят так:
- •3.6. Взаимосвязь коэффициентов переноса
- •Коэффициент теплопроводности:
- •Зависимости коэффициентов переноса от давления
- •Коэффициент диффузии уменьшается при увеличении давления и ведёт себя в соответствии с
Интегральные уравнения выглядят так:
M D r S t, p ur S t, Q Tr S t
3.6. Взаимосвязь коэффициентов переноса
Используя представления молекулярно-кинетической теории газа, можно найти связь коэффициентов переноса с величинами, характеризующими движение молекул газа.
Коэффициент диффузии: D 13 v
Коэффициент вязкости: |
1 |
v , |
3 |
|
– плотность газа.
D
Коэффициент теплопроводности:
13 v Cv ,
CV
СV – удельная теплоемкость газа при постоянном объеме.
Рассмотрим зависимость величин D, , от давления.
Входящие в них величины v и Сv от давления не
зависят.
От давления зависит величина 1/Р и Р.
Зависимости коэффициентов переноса от давления
(для сравнения приведена зависимость средней длины свободного пробега молекул от давления)
Коэффициент диффузии уменьшается при увеличении давления и ведёт себя в соответствии с
длиной свободного пробега.
Коэффициенты вязкости и теплопроводности не зависят от давления в области обычных давлений.
Удовлетворительное согласие экспериментальных значений коэффициентов переноса с вычисленными теоретически наблюдается:
-лишь при небольших градиентах величин, определяющих перенос,
-в не слишком плотных и разреженных газах.
Следует отметить, что рассмотренная теория
явлений переноса является приближенной.