Fenomene de transport sunt ireversibile
se ocupă de fizica statistica cu stări de echilibru cu organisme și procese reversibile (de ex. E. Procesele pentru care sistemul trece printr-o serie de stări de echilibru).
Derivat din starea de echilibru, orice sistem macroscopic tinde să revină la o stare de echilibru. În teoria cinetică a gazelor considerate gaze care sunt într-o stare de echilibru. Cu toate acestea, confuzia a mișcării termice a moleculelor de gaz, coliziune continuă între ele conduc la amestecarea continuă a particulelor și pentru a schimba viteza si energia. Dacă există gaz în neuniformitatea spațială a densității, a temperaturii la o viteză de deplasare ordonată a straturilor individuale de gaz, apoi aliniați în mod spontan aceste neomogenitatilor. Fluxurile de gaze apar substanțe energetice, precum și un impuls de particule mișcare ordonată. Aceste fluxuri sunt tipice stărilor de neechilibru ale unui gaz este baza fizică a proceselor speciale, un fenomen numit de transfer total combinat
Știința care studiază procesele care au loc atunci când un dezechilibru se numește cinetică fizice. Un procesele corespunzătoare sunt numite fenomene de transport.
fenomene de transfer sunt procese ireversibile.
1) Luați în considerare trei fenomene de transport
- frecare internă sau viscozitate,
2) scrie ecuațiile empirice ale acestor procese sunt aplicabile toate suporturile (solide, lichide și gazoase).
Orice fenomen de transfer se datorează inegalitatea de o anumită valoare pro-spațiu. De exemplu, fluxul de căldură-se originea în cazul temperaturilor inegale în diferite puncte ale mediului. În viitor, va trebui să utilizeze conceptul de fluxul de o anumită cantitate fizică prin suprafața S. Suntem interesați
Stream - cantitatea scalară și algebric-algebra. semnul său depinde de alegerea pozitiv „la bord“ partea o suprafață la alta sau S NAO-versa. Sensul pozitiv general arbitrar ales (cu excepția suprafețelor închise, unde este selectat printr-un acord în afara regiunii delimitate de suprafață).
Vom lua în considerare, în principal curge prin suprafața plană S, perpendicular pe axa X, selectând „direcție“, Flax Pune a coincizînd suprafața S cu X. versorul axa Dacă mărimea fizică este transferată prin S în axa X la bord se va presupune flux pozitiv corespunzător zhitelnym, dacă direcția inversă, - otritsat-lnym.
Numărul mediu de coliziuni și calea medie liberă a moleculelor
Distanța minimă la care punctele de coliziune convergente ale celor două molecule nazyvaetsyaeffektivnym diametru molekulyd (Fig. 68).
În ceea ce privește 1 cu o moleculă medie trece calea egală cu viteza medie aritmetică
pentru a determina
unde n - concentrația moleculară, V = pd 2
Calculele arată că, ținând seama de mișcarea altor molecule
Apoi, drumul liber
t. e.
Studiul experimental al teoriei molecular-cinetice
Luați în considerare unele fenomene experimental confirmă bază de polo-aprovizionare și concluziile teoriei moleculare-cinetice.
1. mișcare browniană. botanist Scots R. Brown (1773-1858), sub observarea unei suspensii de polen microscop în apă, a descoperit că particulele de polen și aleatoriu în mișcare vioi, apoi rotirea, mutarea din loc în loc, cum ar fi particulele de praf într-o rază de soare. Ulterior, sa constatat că o astfel de mișcare în zig-zag complex este tipic pentru orice dimensiuni mici ale particulelor ( „1 microni), suspendate într-un gaz sau lichid. Intensitatea mișcării, numită crește browniene cu creșterea temperaturii ambiante, cu o scădere a particulelor de vâscozitate și timp hexameri (indiferent de natura lor chimică). Cauza browniană mișcare TION pentru o lungă perioadă de timp a rămas neclar. Doar 80 de ani după descoperirea acestui efect, sa explicat: mișcarea browniană a particulelor suspendate cauzate de loviturile moleculelor din mediul în care particulele sunt suspendate. Deoarece moleculele muta aleator, particulele browniene sunt tremor din direcții diferite, și, prin urmare, face mișcarea atât de bizar. Astfel, mișcarea browniană confirmă concluziile teoriei cinetice moleculare a mișcării aleatoare (termică) a atomilor și moleculelor.
2. Experiența Stern. Prima determinare experimentală a vitezelor moleculare vypo-ying fizician german Stern D. (1888-1970). Experimentele sale, de asemenea, a permis să se estimeze distribuția vitezei. diagrama de instalare Stern este reprezentată în Fig. 70. De-a lungul axei cilindrului interior cu decalaj calibrat sârmă de platină acoperită cu un strat de argint, un curent care se încălzește la aerul evacuat. Când este încălzit, argintul se evaporă. atomi de argint zboară afară prin fanta să cadă pe suprafața interioară a al doilea cilindru, oferind imaginea cu fantă O. Dacă dispozitivul este setat în mișcare de rotație în jurul unei axe cilindru comun, atomii de argint nu se sedimenteze pe decalajul și sunt deplasate din punctul O de o distanță s. Imagine slit obținută neclară. Investigarea grosimii stratului depus, este posibil să se evalueze distribuția vitezei mall-molecule care corespunde unei distribuții maxwelliana.
Cunoscând razele cilindrilor, viteza unghiulară, și măsurarea s, se poate calcula viteza de atomi de argint la o temperatură dată a firului. Rezultatele testelor au arătat că rata medie a atomilor de argint este aproape de cea care rezultă din distribuția Maxwell a vitezei.
3. Experiența Lammert. Această experiență ne permite să se determine cu mai multă precizie de distribuție a legii-TION a vitezei. Conducerea aparatul de vid prezentat în Fig. 71. Molek-polar fasciculului format de sursă, care trece prin fantă, intră în primire-nick. Între sursă și receptor sunt plasate două discuri cu fante fixe TION pe o axă comună. Atunci când moleculele discuri fixe ajung la receptor, care trece prin fantele din cele două discuri. În cazul în care axa este setată în rotație, receptorul va ajunge numai ultima fantă în primul disc al moleculei, care petrec pentru a rula între discurile un timp egal cu sau un multiplu de timp de rotație a discului. Alte molecule sunt, de asemenea întârziate al doilea disc. Prin variația vitezei unghiulare de rotație disc și măsurarea numărului de molecule care intră în receptor, este posibil să se identifice drept distribuției moleculelor asupra vitezelor. Această experiență a confirmat, de asemenea, validitatea maksvellovs-una din distribuția vitezei.
4. Determinarea experimentală a constantei Avogadro. Folosind ideea distribuție reglarea moleculelor (vezi Ec. (45.4)), omul de știință francez J. Perrin (1870-1942) valoarea determinată experimental este constanta lui Avogadro. Explorarea sub mișcarea browniană microscop, el a asigurat că înălțimea particulele browniene dez-predelyayutsya cum ar fi moleculele de gaz într-un câmp gravitațional. Aplicarea pentru a le distribuția Boltzmann poate fi scris
Valoarea NA, obținută din activitatea Perrin J., valori consistente, semi-chennym în alte experimente, confirmând aplicabilitatea distribuției browniană a particulelor (45.4).
Fenomene de transport într-un sisteme de neechilibru termodinamic
Într-un sisteme termodinamic neechilibru au protses ireversibile fenomene speciale numite SY-migrație. care au ca rezultat spațial-lea transfer de energie, în masă, impuls. Pentru a transfera fenomene includ termic-Ness (din cauza transferului de energie), difuzie (cauzată de transferul de masă) și frecarea internă (datorită momentului de transfer). Pentru simplificare fenomene de transfer de unidimensionale-TION. Un sistem de referință este ales astfel încât axa x a-ted ori în direcția de transport.
1. Conductivitatea termică. Dacă o zonă din energia cinetică medie a moleculelor de gaz este mai mare decât celălalt, apoi în timp, datorită constant o sută-lknoveny molecule procesul de aliniere a energiei medii cinetice a moleculelor, adică. E. Cu alte cuvinte, egalizarea temperaturii.
transferul de energie sub formă de căldură podchinyaetsyazakonu Fourier:
unde densitatea je a fluxului termic - cantitatea, determinată de energia transportată în formă de căldură pe unitatea de timp prin unitatea de suprafață, perpendicular pe axa x. l -teploprovodnost. - gradient de temperatură este egală cu rata de schimbare a temperaturii pe unitatea de lungime în direcția x normală la acel site. Semnul minus indică faptul că energia este transferată atunci când o conductivitate termică în direcția temperaturii în scădere (și, prin urmare, marchează je - opuse). Conductivitatea termică l este numeric egal cu căldură densitate de curgere temperatura de gradient egal cu unitatea.
Se poate arăta că
unde cv - capacitate specifică termică a gazelor la volum constant (cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea gazului de 1 kg la 1 K la volum constant), r - densitatea gazului,
2. Diffusion. Difuzia este un fenomen care apare samoproiz penetrare și amestecarea arbitrare două particule în contact gazele Yid-oase și chiar solide; difuzie reduce maselor particulelor schimbabil aceste organe are loc și continuă până când se formează un gradient de densitate. În timpul formării teoriei moleculare-cinetice a difuziei cu privire la orice contradicții. Pe măsură ce moleculele muta la viteze enorme, difuzie ar trebui să apară foarte repede. În cazul în care nava deschisă cu substanțe odorante în cameră, mirosul se răspândește încet. Cu toate acestea, nu există nici o contradicție aici. Moleculele la presiune atmosferică, au cale liberă scăzută și ciocnirea cu alte molecule, cea mai mare parte „stau“ la fața locului.
fenomenul de difuzie pentru gaz chimic omogen se supune Fuca:
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 -diffuziya (coeficient de difuzie), dr / dx - gradient de densitate 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). Diffusion D este numeric egală cu masa de densitate de curgere în gradient de densitate egală cu unitatea. Conform teoriei cinetice a gazelor-cal,
3. frecarea internă (vâscozitatea). Mecanismul de producere a frecării interne între straturi de gaz paralel (fluid) se deplasează cu viteze diferite, este că, datorită mișcării termice aleatoare a moleculelor sunt schimbate între straturi, prin impulsul stratului în mișcare scade rapid în mișcare lentă - crește, ceea ce duce la o inhibare strat, se deplasează mai repede și mai repede strat, se deplasează încet.
Conform formulei (31.1), forța de frecare internă între cele două straturi de gaz (lichid) se supune legii lui Newton:
unde h - vâscozitatea dinamică (vâscozitatea), dv / dx - gradientul vitezei, care arată viteza de schimbare a vitezei în direcția x, perpendiculară pe straturi de mișcare-zheniya, S - suprafața pe care forța F.
Interacțiunea dintre cele două straturi, conform legii a doua a lui Newton poate fi considerată ca o cuvă proces în care de la un strat la altul într-o unitate de timp a impulsului transmis modulo egală cu forța care acționează. Apoi, expresia (48.5) poate fi pre-stabilite în formă de
jp unde impuls densitatea fluxului - valoarea determinată prin impulsul totală realizată într-o unitate de timp, în direcția pozitivă axei x printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe axa x, - gradientul vitezei. Semnul minus indică faptul că impulsul este transferat în direcția scăderii vitezei (și, prin urmare, semnele JP sunt opuse).
Viscozitatea dinamică h este numeric egală cu densitatea de flux la gradientul vitezei impulsului egală cu unitatea; se calculează cu formula
Dintr-o comparație între ecuațiile (48.1), (48.3) și (48.6), care descrie fenomene de transport, rezultă că tiparele fenomenelor de transfer sunt similare. 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 proces de mișcare aleatorie și coliziuni unul cu celălalt.
Examinarea legii Fourier, Fick și Newton nu a evidențiat semnificația moleculară cinetică a coeficientului l, D și h. Expresiile pentru coeficienții de transport sunt derivate din teoria cinetică. Ele sunt înregistrate fără a afișa, după cum considerăm fenomenele strict-Renie de transfer destul de greoaie și de calitate - nu are nici un sens. Ecuațiile (48.2), (48.4) și (48.7), conectați coeficienții de transfer și caracteristicile termice ale moleculelor. Din aceste formule urmează relație simplă între l, D și h:
Folosind aceste formule, este posibil ca una din valorile găsite de experiență identifica alte.