Явища переносу

Це явища, які виникають при відхилені газу від стану рівноваги. До них відносяться: внутрішнє тертя, теплопровідність і дифузія.

Внутрішнє тертя. Якщо швидкості впорядкованого руху молекул у потоці газу змінюються від шару до шару (тобто шари рухаються з різними швидкостями), то між шарами газу виникають сили внутрішнього тертя (див. рис. 19), які визначаються за формулою

Рис. 19

, (2.24)

де h – коефіцієнт внутрішнього тертя, – градієнт швидкості впорядкованого руху молекул, який характеризує зміну швидкості у перпендикулярному напрямку z, S – площа шарів. Коефіцієнт внутрішнього тертя чисельно рівний силі, що діє на одиничну площадку при одиничному градієнті швидкості.

Молекули газу переходять внаслідок теплового руху з шару в шар і переносять з собою імпульс. У результаті імпульс більш повільного шару зростає, а більш швидкого зменшується. Перенесення імпульсу з шару в шар і обумовлює виникнення внутрішнього тертя.

У молекулярно-кінетичній теорії є формула для коефіцієнта внутрішнього тертя

, (2.25)

де r – густина газу; <v> – середня швидкість теплового руху молекул; l – середня довжина вільного пробігу молекул.

Теплопровідність газів. Якщо в газі вздовж деякого напрямку температура не залишається сталою, то вздовж цього напрямку встановлюється потік q тепла в напрямку зменшення температури (див. рис. 20).

Рис. 20

, (2.26)

де – потік теплоти, тобто кількість тепла, яка переноситься через площадку S у одиницю часу, – градієнт температури, який характеризує

швидкість зміни температури вздовж осі z, S – площа ділянки S, c – коефіцієнт теплопровідності, який дорівнює потоку тепла через одиничну площадку при одиничному градієнті температури.

Теплопровідність обумовлена тим, що переміщуючись внаслідок теплового руху, кожна молекула переносить з місця з більшою температурою в місце з меншою температурою енергію < e >= ikT /2. У результаті теплопровідності температура менш нагрітих місць підвищується, а температура більш нагрітих – зменшується. Коли температури вирівнюються, теплопровід-ність припиняється.

Дифузія у газах. Якщо концентрація С (тобто, маса в одиниці об’єму) газу вздовж деякого напрямку z у просторі (див. рис. 21) змінюється, то внаслідок теплового руху молекул буде виникати процес вирівнювання концентрацій, який супроводжується переносом маси. У результаті в напрямку зменшення концентрації виникає потік маси:

Рис. 21

,

де – потік маси, тобто маса, що переноситься через площадку в одиницю часу, – градієнт концентрації, який характеризує швидкість зміни концентрації вздовж осі z, S – плоска перпендикулярна до осі z площадка; D – коефіцієнт дифузії, який чисельно рівний потоку маси через одиничну площадку при одиничному градієнті концентрації. Коли концентрація вирівнюється, дифузія припиняється.

Висновок. Якщо в результаті хаотичного теплового руху молекул газу переноситься імпульс, то виникає внутрішнє тертя, якщо переноситься енергія, то теплопровідність, а якщо маса, то дифузія. Тому всі ці явища об'єднуються загальною назвою – явища переносу.

Дата добавления: 2014-01-04