Средняя длина свободного пробега

Общая характеристика явлений переноса

Беспорядочность теплового движения молекул газа, непрерывные соударения между ними приводят к постоянному переме­шиванию частиц и изменению их скоростей и энергий. Если в газе су­ществует пространственная неоднородность плотности, температуры или скорости упорядоченного перемещения отдельных слоев газа, то движение молекул выравнивает эти неоднородности. При этом в газе появляются особые процессы, объединенные общим названием явлений переноса. К этим явлениям относятся теплопроводность, внутреннее трение и диффузия.

Под диффузией понимают взаимопроникновение веществ в различных смесях. Она возникает при неоднородности плотности веществ в различных точках пространства и сопровождается направленным переносом массы. Примером диффузии является распростране­ние запахов в воздухе, перемешивание жидкостей и т.д.

Теплопроводность — это выравнивание температуры за счет переноса молекулами энергии между частями вещества, которые имели первоначально различную температуру. Теплопроводность сопровождается направленным переносом внутренней энергии молекул.

Внутреннее трение (вязкость) связано с возникновением сил трения между слоями газа или жидкости, перемещающимися параллельно друг другу с различными по величине скоростями. Внутреннее трение сопровождается направленным переносом импульса.

Средняя скорость теплового движения газовых молекул, составляет сотни и тысячи мет­ров в секунду. Однако запах пахучего вещества распространяется со скоростью, намного меньшей. Медленность диффузии и анало­гичных ей явлений объясняется столкновениями молекул. В момент столкновения скорость молекулы резко изменяется как по величине, так и по направлению. В результате траектория молекулы получается не прямой, а ломаной. Для характеристи­ки такого движения введено понятие длины свободного пробега. Это путь < l>, пройденный молекулой между двумя последова­тельными столкновениями. Длина свободного пробега все время меняется. Поэтому следует говорить о средней длине свободного пробега < l>, как о среднем пути. Очевидно, что

< l> =

где < v > - средняя скорость молекулы, <Z> — среднее число столкновений, испытываемых молекулой за секунду.

Дата добавления: 2014-01-14