Реферат / 23. Явление переноса. Тпелопроводность
.docТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ.
Если в одной области газа средняя кинетическая энергия молекул больше, чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул происходит выравнивание средних кинетических энергий молекул, т.е. иными словами, выравнивание температур.
С макроскопической точки зрения явление теплопроводности заключается в переносе некоторого количества тепла от более нагретой части вещества к более холодной. Существование градиента температуры dT/dX является необходимым условием для возникновения теплопроводности.
Перенос энергии при теплопроводности подчиняется закону Фурье:
JE = - dT/dX, (1)
где JE – плотность теплового потока – величина, определяемая энергией, переносимой в форме теплоты в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению переноса (оси ОХ); - теплопроводность, dT/dX – градиент температуры (величина векторная), равный скорости изменения температуры на единицу длины Х в направлении нормали к этой площадке. Знак минус показывает, что при теплопроводности энергия переносится в направлении убывания температуры (поэтому знаки JE и dT/dX противоположны).
Теплопроводность численно равна плотности теплового потока при градиенте температуры, равном единице.
В стационарных условиях, когда за счет какого-либо внешнего источника энергии градиент температуры dT/dX поддерживается постоянным, тепловой поток также не изменяется со временем. В тех же случаях, когда газ (или другое тело), в котором существует градиент температуры, предоставлен самому себе, т.е. к нему извне не подводится энергия, теплопроводность приводит к выравниванию температуры. Такой процесс будет, конечно, нестационарным.
При рассмотрении явления теплопроводности газов с точки зрения молекулярно-кинетической теории можно показать, что
= mnVCV /3 = VCV /3, (2)
где CV – удельная теплоемкость газа при постоянном объеме (количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1 К при постоянном объеме), - плотность газа, V - средняя скорость теплового движения молекул, - средняя длина свободного пробега молекул газа, m – масса одной молекулы, n – число молекул газа в единице объема.
Формула (2) позволяет выяснить характер зависимости коэффициента теплопроводности газа от его температуры и давления.