Явление переноса:

Явления переноса объединяют группу процессов, связанных с неоднородностями плотности, температуры или скорости упорядоченного перемещения отдельных слоёв вещества. Выравнивание неоднородностей приводит к возникновению явления переноса. Явление переноса в газах и жидкостях состоят в том, что в этих веществах возникает упорядоченный, направленный перенос массы (диффузия), импульса (внутреннее трение) и внутренней энергии (теплопроводность).

Средняя длина свободного пробега ( ):Между двумя последовательными соударениями, двигаясь равномерно и прямолинейно, молекулы проходят некоторые расстояния, наз. длинами свободного пробега. Средней длиной свободного пробега называется среднее расстояние, которое молекула проходит без столкновения. Средняя длина свободного пробега является характеристикой все совокупности молекул газа при данных Р и Т.

Расстояние, которое проходит частица в промежутке между двумя последними

Столкновениями называется длиной свободного пробега .

  , , ,

  , , , , .

Среднее число соударений:

За единицу времени каждая молекула испытывает среднее число соударений (z), равное:

Эффективный диаметр молекулы:

При взаимных столкновениях и соударениях со стенками сосуда молекулы газа ведут себя как абсолютно упругие шары с диаметром d (эффективный диаметр молекулы), зависящим от химической природы газа. Наличие эффективного диаметра d (d 10^-10м) означает, что между молекулами действуют силы взаимного отталкивания.

Вакуум:Газ называется разряжённым, если его плотность столь мала, что средняя длина свободного пробега молекул может быть сравнима с линейными размерами сосуда, в котором находится га. Такое состояние газа называется также вакуумом.

М олекулярно-кинетическая теория диффузии:

Явлением диффузии называется самопроизвольное взаимное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и твёрдых тел. В химически чистых газах при постоянной температуре диффузия возникает вследствие неодинаковой плотности в различных частях объёма газа. Для смеси газов вызывается различием в концентрациях отдельных газов в различных частях объёма смеси. В химически однородном газе явление одномерной диффузии заключается в переносе массы газа из мест с большей плотностью газа в места с меньшей плотностью и подчиняется закону Фика: .

Здесь - удельный поток массы, численно равный массе в-ва, которое диффундирует за единицу времени через плоскую поверхность с площадью, равной единице, перпендикулярную к направлению переноса в-ва, - плотность газа, D-коэффициент диффузии. Производная численно равна градиенту плотности (изменению плотности на единицу длины). Коэффициент диффузии численно равен удельному потоку массы при единичном градиенте плотности. Знак минус впереди показывает, что перенос массы осуществляется в направлении убывания плотности.

Выражение для коэффициента диффузии:

М олекулярно-кинетическая теория теплопроводности:

Теплопроводностью называется вид теплообмена, который осуществляется в макроскопически неподвижной и неравномерно нагретой среде. Например, две противоположные стенки сосуда с газом могут иметь разные температуры, поддерживаемые внешними источниками. Тогда молекулы газа в разных местах его объёма будут иметь различные кинетические энергии. В этих условиях хаотическое тепловое движение молекул приведёт к направленному переносу внутренней энергии. Молекулы перешедшие из нагретых частей объёма в более холодные, в процессе молекулярных соударений отдают часть своей кинетической энергии окружающим молекулам и наоборот.

При одномерной теплопроводности, когда температура газа зависит только от одной координаты Т=Т(х), перенос энергии происходит вдоль оси ОХ, причём справедлив закон Фурье:

, где q_сек- удельный тепловой поток- физическая величина, численно равная энергии, передаваемой в форме теплоты за единицу времени через плоскую поверхность единичной площади, расположенную перпендикулярно к направлению переноса энергии. Величина К называется коэффициентом теплопроводности. Он численно равен удельному тепловому потоку при градиенте температуры (изменение температуры на единицу длины), равном единице. Знак минус в законе Фурье указывает на то, что при теплопроводности энергия переносит в направлении убывания температуры.

Согласно кинетической теории газов коэффициент теплопроводности равен

, где - удельная теплоёмкость газа в изохорическом процессе.