Іі.9 Теплопровідність

Теплопровідністю називають перенесення теплоти без перенесення речовини в напрямку зменшення температури.

Причина теплопровідності – хаотичний рух молекул, необхідна умова – різниця температури між різними місцями простору. Енергія передається від одних молекул до інших при їх взаємному зштовхуванні. Величину теплоти, що переноситься в просторі, визначають, користуючисьзаконом Фур’є:

Кількість теплоти ΔQ, що переноситься через поверхню ΔS, перпендикулярну напрямку перенесення, прямо пропорційна площі цієї поверхні, часу Δt перенесення і градієнту температури.

, (ІІ.12).

де х (хі) – коефіцієнт теплопровідності.

Градієнт температури чисельно дорівнює зміні температури на одиничній відстані (1 м) у просторі і направлений в бік максимального збільшення температури.

Знак “–”в законі Фур’є означає, що теплота переноситься із місць збільшою в місця з меншою температурою. ЯкщоТ₁ > Т₂, то енергія переноситься через поверхнюΔS зліва направо (рис.ІІ.3).

Коефіцієнт теплопровідностіх чисельно дорівнює кількості теплоти, що переноситься через поверхню площею 1 м²за 1 с при градієнті температури, рівному одиниці ().

Різні речовини мають різне значення х. Найбільші вони у металів, Рис. ІІ.3

в яких енергія передається не тільки молекулами і атомами, а й вільними електронами.

Іі.10 в’язкість (внутрішнє тертя)

В’язкістю називають властивість рідин і газів чинити опір їх течії під дією зовнішньої сили.

Причина в’язкості: в рідинах – сили притягання між молекулами сусідніх шарів рідини, що рухаються один відносно іншого, у газах – перехід молекул, внаслідок їх хаотичного руху, із одних шарів газу в інші, що призводить до зміни їх імпульсів (mv) при взаємному зіштовхуванні.

Силу Fвнутрішнього тертя між шарами рідин чи газів, що рухаються одні відносно інших, визначають, користуючисьзаконом Ньютона для в’язкості:

Сила внутрішнього тертя F, яка виникає в площині дотикання двох шарів, що рухаються один відносно другого, прямо пропорційна площі ΔS дотикання шарів і градієнту швидкостіруху шарів:

, (ІІ.13)

де η (ета) – коефіцієнт в’язкості (внутрішнього тертя).

Градієнт швидкості чисельно дорівнює зміні швидкості руху шарів на одиничній відстані (1 м) між ними і направлений у бік максимального збільшення швидкості (Δv=v₁–v₂ – різниця швидкості руху шарів, на відстані Δхміж ними) (рис.ІІ.4).

Знак “ – ” в законі Ньютона вказує на те, щопід час руху одногошару рідини відносно іншого у певному напрямку сила тертя направлена в протилежному напрямку.

Коефіцієнт в’язкості ηчисель- Рис. ІІ.4

но дорівнює силі внутрішнього тертя,

що виникає в рідині (газі) на площі ΔS = 1 м²дотикання шарів, що рухаються один відносно іншого з градієнтом швидкості, рівним одиниці.

Визначення коефіцієнта в’язкості рідини дає інформацію про силу зщеплення між її молекулами.

Іі.11 Поверхневий натяг

Поверхневим натягом називають напружений стан поверхневого шару молекул. У площині поверхневого шару рідини зв’язки між сусідніми молекулами напружені. Це напруження обумовлене тим, що кожна поверхнева молекула взаємодіє з молекулами рідини, розміщеними з боку нижньої напівсфери (взаємодією з молекулами атмосфери над поверхнею рідини можна знехтувати). Якщо, користуючись правилом паралелограма, скласти всі сили, які діють на кожну поверхневу молекулу з боку її сусідок, то отримаємо, що результуюча сила направлена перпендикулярно поверхні всередину рідини (рис.ІІ.5). Це і обумовлює напруження міжмолекулярних зв’язків між сусідніми молекулами в площині поверхні рідини.

Воб’ємі рідини міжмолекуля-рні зв’язки не напружуються тому, що кожна молекула оточена сусід-ками з усіх боків і сили взаємодії взаємно компенсуються, тобто ре-зультуюча сила, яка діє на кожну молекулу з боку її сусідок, дорівнює нулю. Рис. ІІ.5

Сила F напруження міжмолекулярних зв’язків у площині поверхні, якуназивають силою поверхневогонатягу, прямо пропорційна довжиніlповерхневого ланцюга молекул і залежить від міжмолекулярної взаємодії в рідині:

F=l , (ІІ.14)

де  - коефіцієнт поверхневого натягу рідини.

Звідси:

. (ІІ.15)

Коефіцієнт поверхневого натягу (КПН)дорівнює силі поверхневогонатягу на довжині поверхневого ланцюга молекул, рівній 1 м.

Кожна рідина має своє значення , яке залежить від сил міжмолекулярної взаємодії в ній. Тому експериментальне визначення КПН дає інформацію про силу взаємодії між молекулами рідини.