În sistemele de echilibru termodinamic, apar procese ireversibile speciale, numite fenomene de transport. ca urmare a realizării transferului spațial al masei, impulsului și energiei. Fenomenele de transport includ conducerea căldurii (transferul de energie), difuzia (transferul de masă) și frecare internă (transferul de impuls). Ne limităm la fenomene de transport unidimensionale. Selectăm sistemul de referință astfel încât axa x să fie direcționată spre lateral în direcția transferului.
2. Difuzia. Fenomenul difuziei constă în faptul că apare auto-penetrarea și amestecarea particulelor a două gaze, lichide și chiar solide; difuzia este redusă la schimbul de mase de particule ale acestor corpuri, apare și continuă atât timp cât există un gradient de densitate. În timpul formării teoriei moleculare-cinetice asupra problemei difuziei, au apărut contradicții. Deoarece moleculele se mișcă cu viteze enorme, difuzia trebuie să apară foarte rapid. Dacă deschideți un vas cu o substanță mirositoare în cameră, mirosul se răspândește destul de încet. Cu toate acestea, nu există nicio contradicție aici. Moleculele la presiunea atmosferică au o cale scurtă medie liberă și, colizându-se cu alte molecule, practic "stau" în poziție.
Fenomenul de difuzie pentru un gaz omogen din punct de vedere chimic respectă legea Fouquet:
(1)
în care jm este densitatea debitului masic - valoarea determinată prin masa substanței difuzând pe unitatea de timp prin unitatea de suprafață, perpendicular pe axa x, D-difuzie (coeficient de difuzie), dr / gradient de densitate dx- egală cu viteza de variație a densității pe unitatea de lungime în direcția x normal la acest site. Semnul minus indică faptul că transferul de masă are loc în direcția scăderii densității (și, prin urmare, marchează jm dr / dx opus). Difuzia D este numeric egală cu densitatea fluxului de masă cu un gradient de densitate de unitate. Conform teoriei cinetice a gazelor,
(2)
Coeficientul de difuzie într-un lichid crește cu temperatura, care se datorează "slăbirea" structurii lichide la încălzire și o creștere corespunzătoare a numărului de sărituri pe unitate de timp.
Mai multe mecanisme de difuzie pot acționa într-un solid. atomi de locuri de schimb cu posturile vacante (site-uri neocupate ale rețelei cristaline), mișcarea atomilor pe site-urile interstițială, mișcarea simultană a mai multor atomi ciclice direct de schimb plasează doi atomi adiacenți, etc. Primul mecanism este predominant, de exemplu, în timpul formării soluțiilor solide substitutionali, a doua - introducerea de soluții solide.
Coeficientul de difuzie în substanțele solide este extrem de sensibil la defectele rețelei de cristal care au apărut în timpul încălzirii, solicitărilor, tulpinilor și altor influențe. Creșterea numărului de defecte (în special posturile vacante) facilitează mișcarea atomilor într-un solid și conduce la o creștere a coeficientului de difuzie. Coeficientul de difuzie în solide este caracterizat printr-o dependență de temperatură ascuțită (exponențială). Astfel, coeficientul de difuzie a zincului în cupru crește cu o creștere a temperaturii de 20 până la 300 ° C cu un factor de 1014.
modelele tuturor fenomenelor de transport sunt similare cu celelalte. Aceste legi au fost stabilite cu mult înainte de acestea au fost dovedite și sunt derivate din teoria cinetică moleculară, a permis să se stabilească că asemănarea dintre expresiile lor matematice-ically cauzate de difuzie fenomene care stau la baza comune termic de suprafață și frecarea internă a mecanismului molecular de amestecare a moleculelor în procesul de mișcare și coliziune haotică între ele.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: