Știința care studiază procesele cu echilibru deranjat se numește cinetică fizică. Această știință studiază procesele ireversibile. Esența proceselor de transfer: dorința sistemului de a ajunge la o stare de echilibru. Caracteristica ratei proceselor de transport - timpul de relaxare - este timpul în care sistemul atinge o stare de echilibru (timpul de termoliză este timpul în care sistemul revine la distribuția Maxwell). În acest capitol vom examina fenomenele de transport doar pentru mici abateri de la starea de echilibru. În acest caz, considerăm următoarele fenomene asociate cu transferul diferitelor caracteristici ale sistemului: a) frecare internă sau vâscozitate - transfer de impulsuri; b) conductivitatea termică - transferul energiei cinetice (căldură); c) transferul de difuzie - masă.
Calea liberă medie a unei molecule este distanța medie (notată) că o particulă zboară în timpul unei curse libere de la o coliziune la alta.
Calea liberă medie a fiecărei molecule este diferită, deci în teoria cinetică introducem conceptul de cale liberă medie (<λ>). valoare <λ> este o caracteristică a întregului set de molecule de gaz pentru valorile date de presiune și temperatură.
. unde este secțiunea transversală efectivă a moleculei, este concentrația de molecule.
Diffusion. Fenomenul difuziei constă în faptul că are loc o interpenetare spontană și o amestecare a particulelor a două gaze, lichide și chiar solide. Difuzia se reduce la transferul de masă, apare și continuă până când gradientul de densitate diferă de zero la interfața dintre două medii.
- Difuzie (coeficient de difuzie)
- viteza medie aritmetică a moleculei de gaz; - înseamnă calea liberă a moleculelor;
Conductivitate termică. Dacă într-o regiune a gazului temperatura este mai mare decât în cealaltă, atunci, în timp, datorită coliziunilor constante ale moleculelor, energiile cinetice medii ale moleculelor sunt egale, adică procesul de egalizare a temperaturii. Acest proces de transfer de energie, numit conducta de căldură. apare și continuă până când gradientul de temperatură diferă de zero la limita de contact dintre două părți ale gazului.
- Conductibilitatea termică (conductivitatea termică a gazului)
unde CV este căldura specifică a gazului la un volum constant, i este numărul de grade de libertate, r este densitatea gazului; - viteza medie aritmetică a moleculei de gaz; - înseamnă calea liberă a moleculelor; k este constanta Boltzmann; n este concentrația moleculelor de gaz
Vâscozitate. Vâscozitatea este proprietatea unui fluid sau a unui gaz, cauzată de frecare internă între straturi paralele constante de lichid sau gaz care se mișcă cu viteze diferite. Ca urmare, impulsul stratului care se deplasează mai repede scade și mișcarea mai lentă crește, ceea ce duce la încetinirea stratului care se mișcă mai rapid și la accelerarea stratului care se mișcă mai încet. Cu alte cuvinte, frecare internă duce la transferul impulsului dintr-un strat în mișcare de lichid sau gaz într-un alt strat care vine în contact cu acesta.
- Vâscozitatea dinamică (coeficientul de frecare internă)
unde p este densitatea gazului (lichid); - viteza medie aritmetică a moleculelor de gaz; - calea medie liberă a moleculelor de gaze.
Numărul de grade de libertate a moleculei (i) este numărul de variabile independente (coordonate) care descriu complet poziția sistemului în spațiu.
Ecuația de echilibru. la orice grad de libertate a moleculei, în medie, aceeași energie cinetică este egală (teorema lui Maxwell-Boltzmann equipartition).
Pentru gradul de translație, și apoi generalizarea la fiecare grad de libertate înainte, obținem
Pentru o moleculă cu grade de libertate
(în mișcarea vibrațională a valorilor medii, expresia include o valoare dublă atât pentru energia cinetică, cât și pentru cea potențială).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: