7. Явища переносу. Значення коефієнта дифузії. Явища переносу. Значення коефієнта в’язкості. Явища переносу. Значення коефієнту теплопровідності.

Явище дифузіїї являє собою напрямлене перенесення маси, зумовлене молекулярними рухами речовини.

З макроскопічної точки зору явище дифузії визначається законом Фіка. За цим законом величина маси 8M , що переноситься через деяку поверхню S, перпендикулярну до осі х, пропорційна градієнту густини D - коефіцієнт дифузії. Він дорівнює масі речовини, що переноситься через одиницю площі за одиницю часу при градієнті густини, яка дорівнює одиниці. Коефіцієнт дифузії вимірюється в м²/с.

Теплопровідністю - процес передавання теплоти від шару з вищою температурою до шару з нижчою температурою. У газах за таких умов може виникати також явище конвекції - передавання теплоти потоками газу.

За законом Фур’є, кількість теплоти AQ , яка переноситься через деяку поверхню S, перпендикулярну до осі z , пропорційна градієнту переноситься через одиницю площі за одиницю часу, коли градієнт температури дорівнює одиниці. Коефіцієнт теплопровідності вимірюють у Вт/мК.

Внаслідок хаотичного руху молекул газу через поверхню S за час Ат зверху вниз і знизу вгору пройде однакова кількість молекул ( вважати, що вище від цієї поверхні температура газу Т1 вища, а нижче від поверхні температура газу Т₂ нижча ), а саме: n₀SЗАт * c_v mTj,

c_vm T - кількість теплоти, що переноситься однією молекулою верхнього шару (c_v - питома теплоємність газу при сталому об’ємі, m - маса молекули n₀SЗАт * c_v mT₂, c_vm T₂ - кількість теплоти , яка переноситься однією молекулою нижнього шару газу. Знайдемо результуючу кількість теплоти, що переноситься через поверхню S за час Ат :

Температуру, при якій тиск газу дорівнює нулю, називають абсолютним нулем. Температуру, яку відлічують від абсолютного нуля в таких самих значеннях градуса, як і в шкалі Цельсія, називають абсолютною температурою, або температурою в шкалі Кельвіна (В. Томсона). Перехід до цієї шкали температур виражається рівнянням

T = 273,15 + і °С.

8. Поняття ентропії та вільної енергії. Зміна ентропії в замкнутих системах (Зміна ентропії в циклі Карно).

З нерівності Клаузіуса відомо, що для оборотних циклів сума зведених кількостей теплоти дорівнює нулю:

З аналізу ж відомо, що коли криволінійний інтеграл, узятий по замкнутому контуру, дорівнює нулю, то існує така функція від змінних інтегрування, повний диференціал якої дорівнює під-інтегральному виразу. Цю функцію називають ентропією і позначають буквою S. Для неї можна записати

Ентропія є функцією стану речовини, оскільки її значення не залежить від шляху інтегрування, а лише від початкових і кінцевих параметрів стану.

За зміною ентропії визначають можливість протікання того або іншого процесу та ін. Зміну ентропії для оборотних процесів знайдемо за формулою

цикл Карно. Робочим тілом у машині Карно є ідеальний газ. Цикл здійснюється в циліндрі, стінки і поршень якого нетеплопровідні, дно циліндра теплопровідне. Саме через дно циліндра газ приводиться в тепловий контакт з нагрівником і холодильником. Останні є тілами дуже великої теплоємності, тому під час циклу їх температура залишається сталою: нагрівника -T₁, холодильника - Т₂.

Цикл Карно складається із двох ізотермічних процесів 1-2 і 3-4 та двох адіабатичних процесів 2-3 і 4-1 (рис. 2). В процесі 1-2 робоче тіло отримує від нагрівника кількість теплоти Qj, а в процесі 3-4, робоче тіло віддає холодильнику кількість теплоти Q₂