Вопросы для самоконтроля
Какими величинами (параметрами) характеризуется состояние газа?
Как объяснить закон Бойля-Мариотта с точки зрения молекулярно-кинетической теории?
Какими законами описываются изохорические, изобарические и изотермические процессы? Как изображаются эти процессы графически?
Что означает постоянная Авогадро? Каково ее значение?
Каков физический смысл постоянной Лошмидта?
Записать формулу для средней кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа (уравнение Больцмана).
Напишите уравнения Клайперона-Менделеева для моля и для любой массы газа.
Список литературы Основная
1. Грабовский Р.И. Курс физики / Р. И. Грабовский. – СПб.; Издательство «Лань», 2002.-608 с.
2. Пронин В.П. Краткий курс физики / В.П. Пронин. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007 г. – 200 с.
3. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: «Высшая школа». 2003 г. – 350с.
Дополнительная
1.Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. Учебное пособие/ С.-Петербург: Издательство «Лань», 2009г. 500экз.
2.Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.
3.Трофимова Т.И.Физика в таблицах.. М.: «Высшая школа». 2008г
Лекция №11 явления переноса
Хаотическое движение молекул газа ведет к их непрерывному перемешиванию, в результате чего происходит пространственный перенос энергии, массы, импульса.
С этим связаны такие явления, как теплопроводность (обусловлена переносом энергии), диффузия (обусловлена переносом массы) и внутреннее трение (обусловлено переносом импульса).
Для упрощения и простоты ограничимся одномерными явлениями переноса. Систему отсчета выбираем так, чтобы ось Х была ориентирована в направлении переноса.
Теплопроводность.
В одной области газа средняя кинетическая энергия молекул больше, чем в другой, то по истечению некоторого промежутка времени происходит процесс выравнивания температур.
Перенос энергии в форме энергии подчиняется закону
Фурье:
,
где χ
– коэффициент пропорциональности и
называется теплопроводностью.
«Количество теплоты ΔQ, переносимое через площадку ΔS, перпендикулярную направлению ОХ, в котором убывает температура, пропорционально площади этой площадки, промежутку времени Δt переноса и градиенту температуры ΔT/Δx (уравнение теплопроводности, закон Фурье).»
Знак минус показывает, что при теплопроводности энергия переносится в направлении убывания температуры.
Теплопроводность
выражается в джоулях на метр – секунду
– кельвин.
Теплопроводность не зависит от давления. Следует иметь в виду, что у сильно разреженных, заключенных в сосуд, теплопроводность зависит от давления. Теплопроводность твердых тел в большей мере зависит от их структуры: пористые тела обладают наименьшей теплопроводностью.
Диффузия
Пусть в некотором объеме газа имеет место неоднородность в отношении плотности. Происходит перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел; диффузия сводится к обмену масс частиц этих тел, возникает и продолжается до тех пор, пока существует градиент плотности.
Явление диффузии для химически однородного газа подчиняется закону Фика:
«Масса газа ΔM, переносимая благодаря диффузии через площадку S, перпендикулярную к направлению ОХ, в котором убывает плотность, пропорциональна размеру этой площадки, промежутку времени Δt переноса и градиенту плотности Δρ/Δx»
Знак минус показывает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности.
Процесс диффузии жидкостей и в твердых телах описывается также законом Фика. Диффузия в твердых телах протекает медленнее, чем в жидкостях. Коэффициент диффузии у жидкости имеет порядок 10-10 – 10-9 м2/сек
Процесс диффузии в твердых телах ускоряется при повышении температуры.
Явление диффузии играет важную роль в природе и технике (питание растений, человека и животных, цементация изделий и т.д.). Диффузия является основным механизмом, обеспечивающим газообмен между почвенным и атмосферным воздухом.
Особый интерес представляет явление диффузии растворителей через полупроницаемые перегородки, называемое осмосом.