Внутренняя энергия. Закон Больцмана

Вязкость. Закон Ньютона.

Внутреннее трение (вязкость).

Механизм возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа (жидкости) движущимися с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между соседними слоями, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, снижается и наоборот.

Сила внутреннего трения между двумя слоями жидкости (газа) подчиняется закону Ньютона: ,(7.7); - вязкость, - градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости в направлении , перпендикулярном движению слоёв, –площадь,на которую действует сила Рассмотрим взаимодействие двух слоев жидкости как процесс, при котором, согласно второму закону Ньютона, от одного слоя к другому в единицу времени передается импульс, по модулю равный действующей силе. Тогда вязкость численно равна плотности потока импульса при градиенте скорости равном единице. Она вычисляется согласно выражению: .(7.8). Из сопоставления выражений (7.3), 7.(5) и (7.7), описывающих явление переноса, следует, что закономерности всех явлений переноса сходны между собой. (7.9); (7.10)

Используя эти выражения, можно по найденным из опыта одним величинам определить другие.

Важной характеристикой термодинамической системы является её внутренняя энергия – энергия хаотического движения микрочастиц системы (молекул, атомов и др.) и энергия взаимодействия этих частиц.

Внутренняя энергия – однозначная функция термодинамического состояния системы.

Ранее нами было введено понятие числа степеней свободы: это число независимых переменных, полностью определяющих положение системы в пространстве.

Молекулу одноатомного газа рассматривают в механике как материальную точку, имеющую три степени свободы поступательного движения.

Молекула двухатомного газа имеет три степени свободы поступательного движения и две степени свободы вращательного движения. Это справедливо для жесткой молекулы, в которой расстояние между атомами не изменяется. В молекуле, содержащей три атома и более – шесть степеней свободы.

Молекула всегда имеет три степени поступательного движения, и на каждую из них приходится 1/3 значения средней кинетической энергии поступательного движения молекулы идеального газа: (7.11)

Закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекулы гласит: для статистической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия на каждую поступательную и вращательную степень свободы приходится в среднем кинетическая энергия равная , а на каждую колебательную степень свободы приходится в среднем энергия, равная . Средняя энергия молекулы при этом: (7.12); –сумма числа поступательных, числа вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы: .(7.13)

В идеальном газе внутренняя энергия, отнесённая к одному молю газа: .(7.14)

Внутренняя энергия для произвольной массы m газа:

,(7.15); – молярная масса, - количество вещества (молей).

Дата добавления: 2017-01-14