Дифузія в газах

Процес дифузiї полягає у вирiвнюваннi густини або складу газу в об’ємi. Якщо дифузiя зводиться лише до вирiвнювання густини, то в ньому беруть участь односортнi молекули, тобто тут переноситься маса однiєї речовини. Таку дифузiю називають самодифузiєю.

Якщо у процесi дифузії вiдбувається вирiвнювання складу газу по всьому об’ємi, то зустрiчаємося з явищем, яке називається просто дифузiєю. Тут маса однiєї речовини переноситься в середовище iншої. Отже, у цьому випадку дифузiя полягас в тому, що кожна з компонент сумiшi переходить з тих частин об’єму газу, де її концентрацiя є бiльшою, туди, де вона є меншою.

Із макроскопiчного погляду явище дифузiї визначається законом Фiка. За цим законом маса dМ, що переноситься через деяку поверхню , перпендикулярну до осiх, пропорцiйна градiєнту густини , площi поверхнi i часуdt:

, (2.55)

де D — коефiцiєнт дифузiї. Коефiцiєнт дифузiї — це маса речовини, яка переноситься через одиницю площi за одиницю часу при градiєнтi густини, що дорiвнює одиницi. Коефiцiєнт дифузii виражається у квадратних метрах за секунду (м²/с).

Знак «мiнус» у правiй частинi виразу (2.55) показує, що маса переноситься у напрямi зменшення густини речовини. У молекулярно-кінетичній теорії коефіцієнт дифузії визначається за формулою

, (2.56)

де <> - середня арифметична швидкість,

< >- середня довжина вільного пробігу молекул.

Внутрішнє тертя у газах

Явище внутрiшнього тертя пов’язано з виникненням сил тертя мiж шарами газу або рiдини, що перемiщуються паралельно один до одного з рiзними за величиною швидкостями. З боку шару, що рухається швидше, на шар, який рухається повiльнiше, дiє прискорювальна сила. Навпаки, шар, що повiльно рухається, гальмує шари газу, якi рухаються швидше.

З точки зору кiнетичної теорiї газiв причиною внутрiшнього тертя є накладання впорядкованого руху шарiв газу з рiзними швидкостями на хаотичний тепловий рух молекул, iнтенсивнiсть якого залежить від температури.

Молекули газу переходять внаслідок теплового руху з шару в шар і переносять з собою імпульс. У результаті імпульс більш повільного шару зростає, а більш швидкого зменшується. Перенесення імпульсу з шару в шар і обумовлює виникнення внутрішнього тертя. Із макроскопiчного погляду явище внутрішнього тертя визначається  законом Ньютона

. (2.57)

За цим законом імпульс dP, що переноситься через деяку поверхню , перпендикулярну до осiz, пропорцiйний градiєнту швидкості, площi по-верхнii часуdt. Знак «мінус» у правій частині виразу (2.57) показує , що імпульс переноситься у напрямі зменшення швидкості.У молекулярно-кіне-тичній теорії коефіцієнт внутрішнього тертя визначається за формулою

, (2.58)

де  – густина газу; <> – середня швидкість теплового руху молекул; < >– середня довжина вільного пробігу молекул.

Теплопровідність газів

Теплопровiднiстю називають процес передавання теплоти вiд шару з ви-щою температурою до шару з нижчою температурою. За законом Фур’є кiль-кiсть теплоти Q, яка переноситься через деяку поверхню , перпендику-лярну до осi z, пропорцiйна градiєнту температури, площi поверхні та часу dt.

, (2.59)

де к- коефiцiєнт теплопровiдностi, що залежить вiд роду i стану газу. Чисельно він дорiвнює кількостi теплоти, яка переноситься через одиницю площi за одиницю часу, коли градiєнт температури дорiвнює одиниці. Коефiцiєнт теплопровiдності виражають у ватах на метр, помножений на кельвiн ,.

Знак «мiнус» у виразi (2.59) указує на те, що теплота переноситься у напрямi зменшення температури. Явище теплопровiдностi зумовлює вирiвнювання температур.

У молекулярно-кінетичній теорії коефiцiєнт теплопровiдностi визначається за формулою

, (2.60)

де < > - середня довжина вільного пробігу молекул; <> – середня швидкість теплового руху молекул;  – густина газу; c_V-питома теплоємність газу при сталому об'ємі.

Мiж коефiцiєнтами переносу iснують такi спiввiдношення:

(2.61)

Наявнiсть цього зв’язку мiж коефiцiєнтами процесiв переносу обумовлена однаковiстю фiзичної природи процесiв переносу i тим, що всi вони описуються однаковими рiвняннями.