ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ

План

1. Элементы теории столкновений (прицельное расстояние, эффективное сечение рассеяния, средняя длина свободного пробега).

2. Неравновесные системы. Явления переноса. Время релаксации. Связь между явлениями переноса.

3. Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности.

4. Вязкость (внутреннее трение). Коэффициент вязкости.

5. Диффузия. Коэффициент диффузии.

1. Элементы теории столкновений.

Прицельное расстояние – расстояние (p) между рассеивающим силовым центром (m₂) и линией первоначального движения рассеивающейся частицы (m₁)

Эффективное сечение рассеивания:

Средняя длина свободного пробега: ,

где - средняя арифметическая скорость, среднее число столкновений, испытываемых одной молекулой за 1 с.

Средняя длина свободного пробега молекул при увеличении давления уменьшается.

2.Неравновесные системы. Явления переноса.

Физическая кинетика изучает процессы с конечными скоростями (в отличие от термодинамики, которая изучает состояния равновесия или медленные процессы).

Если газ пребывает в равновесном состоянии, то все его физические параметры (плотность, температура и т.д.) одинаковы во всех частях системы. Если же имеется пространственная неоднородность температуры, плотности, скорости упорядоченного движения сдоя газа, то вследствие теплового беспорядочного движения молекул произойдёт выравнивание этих неоднородностей.

Такое выравнивание неоднородностей будет сопровождаться особыми физическими процессами – явлениями переноса: диффузией, вязкостью, теплопроводностью.

Если система находится в неравновесном состоянии, то, представленная самой себе, она будет постепенно переходить к равновесному состоянию.

Время в течении, которого система достигает равновесного состояния, называется временем релаксации.

3. Теплопроводность. Теплопроводность наблюдается, если в различных частях газа температура не одинакова, следовательно, различна средняя кинетическая энергия молекул. Молекулы, попавшие из нагретых слоёв в более холодные, отдадут избыток энергии окружающим частицам. При этом осуществляется направленный перенос энергии от нагретых частей к более холодным.

Уравнение, которое описывает процесс теплопроводности, называется законом Фурье.

Коэффициент теплопроводности определяет скорость передачи тепла от более нагретых к менее нагретым участкам.

4.Вязкость.

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной части относительно другой. В равновесном состоянии различные части газа покоятся друг относительно друга. При их относительном движении возникают факторы, стремящиеся уменьшить относительную скорость т.е. возникает сила торможения, или вязкость.

Механизм этих сил в газах сводится к обмену импульсом упорядоченного движения между различными слоями газа, т. е. к переносу импульса упорядоченного движения.

5.Диффузия.

Диффузия – самопроизвольное выравнивание концентраций вещества, вследствие которого осуществляется направленный перенос массы.

В состоянии равновесия плотность каждой из компонент (в общем случае газ может состоять из нескольких компонент) во всех точках одинакова. При отклонении плотности от равновесного значения в некоторой области в системе возникает движение компонент вещества в таких направлениях, чтобы сделать плотность каждой из компонент постоянной по всему объёму системы. Связанный с этим движением перенос вещества (массы) компонентов и называется диффузией. Закон Фика

Коэффициент диффузии:

Лекция №14

Поиск по сайту: