1,05 Mb. страница3/7Е.Л. ЛиповченкоДата конвертации27.09.2011Размер1,05 Mb.Тип Смотрите также: 3 z = n V v = n d 2 v .(2.2) Если учесть движения остальных молекул, то: z = n d2 v , (2.3) тогда средняя длина свободного пробега обратно пропорциональна концентрации молекул: . (2.4) При нормальных условиях l = 7 10-8 м. Длину свободного пробега молекул можно определить экспериментально на основе изучения явлений переноса в газах. Законы физической кинетики Диффузия. При диффузии наблюдается перенос как однородных, так и разнородных газов. В результате этого происходит постепенное перемешивание масс газа, перенос массы газа. В химически чистых газах при постоянной температуре диффузия возникает вследствие неодинаковой плотности в различных частях объема газа. Явление диффузии для химически чистого газа подчиняется закону Фика: . (2.5) Плотность потока массы вещества , проходящего через единичную площадку, пропорциональна коэффициенту диффузии (измеряется в м2/с), градиент плотности, равный скорости изменения плотности на единице длины х. Знак минус показывает, что перенос масс происходит в направлении убывания плотности. Коэффициент диффузии численно равен плотности потока массы при градиенте плотности, равном единице. Согласно кинетической теории газов: .(2.6) Поскольку средняя длина свободного пробега молекул обратно пропорциональна концентрации молекул n (см. уравнение (2.4)), а давление р тем больше, чем выше n, то коэффициент диффузии обратно пропорционален давлению газа. Вязкость. Механизм внутреннего трения между параллельными слоями газа или жидкости, которые движутся относительно друг друга с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями. В результате этого импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, а движущегося медленнее увеличивается, что приводит к торможению слоя движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. Сила внутреннего трения между слоями газа (жидкости) подчиняется закону Ньютона: ,(2.7) динамическая вязкость, или коэффициент внутреннего трения, или коэффициент вязкости; dv/dx градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости в направлении х, которое перпендикулярно направлению движения слоев; S площадь, на которую действует сила F. Взаимодействие двух слоев согласно второму закону Ньютона, можно рассматривать как процесс, при котором изменение импульса одного слоя по отношению к другому за единицу времени равно по модулю действующей на каждый слой силе. Тогда плотность потока импульса: .(2.8) Знак минус указывает на то, что импульс переносится в направлении убывания скорости. Динамическая вязкость численно равна плотности потока импульса при градиенте скорости, равном единице, и вычисляется по формуле: .(2.9) Поскольку плотность прямо пропорциональна давлению р, а длина свободного пробега l обратно пропорциональна давлению, то коэффициент внутреннего трения не зависит от давления. Он определяется главным образом природой химических веществ и температурой. Закон Ньютона для внутреннего трения используется, например, при выводе так называемой формулы Пуазейля, определяющей объём V вязкой жидкости, которая протекает за время t по трубе радиуса r и длины l из-за разницы давлений на краях трубы, равной Dp: .(2.10) Теплопроводность. В газах перенос тепла происходит от нагретой части с температурой Т1 к более холодной с температурой Т2. Передача тепла осуществляется вследствие постоянных столкновений молекул, имеющих большую кинетическую энергию с молекулами, энергия которых меньше. Постепенно идет процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул. Перенос энергии в форме теплоты подчиняется закону Фурье: , (2.11) плотность теплового потока, коэффициент теплопроводности; градиент температуры, равный скорости изменения температуры на единицу длины х в направлении нормали к этой площадке. Знак минус показывает, что при теплопроводности энергия переносится в направлении убывания температуры. Коэффициент теплопроводности равен: ,(2.12) сV удельная теплоемкость газа при постоянном объеме (количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1 К при постоянном объеме). Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м К). Итак, в газах явления диффузии, вязкости и теплопроводности имеют немало общего: все эти явления обусловливаются переносом: явление диффузии переносом массы, явление теплопроводности переносом энергии, явление вязкости переносом импульса;
Практикум по физике Издательство
z = n V v = n d 2 v .(2.2) - Практикум по физике Издательство
Комментариев нет:
Отправить комментарий