Явления переноса

Молекулы газа, двигаясь хаотически и непрерывно, соударяются друг с другом.

Под столкновением (соударением) понимают процесс взаимодействия между молекулами, в результате которого молекулы изменяют направление своего движения.

Среднее расстояние, проходимое молекулой между двумя последовательными соударениями, называют средней длиной свободного пробега молекулы.

Минимальное расстояние между центрами молекул при столкновении называют эффективным диаметром молекулы ( ).

Величину называют эффективным сечением молекулы (эффективным сечением рассеяния).

Рассмотрим, как эти характеристики связаны друг с другом. За время молекула проходит путь , где - средняя скорость молекулы.

Допустим, что другие молекулы покоятся. Число соударений движущейся молекулы с неподвижными молекулами за время равно количеству молекул, центры которых попадают внутрь коленчатого цилиндра длиной и радиусом . Так как средняя длина свободного пробега молекулы много больше эффективного диаметра молекулы, объем цилиндра можно принять равным происходящее .

Относительная скорость двух произвольных молекул определяется как (скорость выделенной молекулы минус скорость молекулы, с которой она сталкивается).

Возведем в квадрат обе части равенства: или . Так как среднее значение суммы нескольких величин равно сумме средних значений складываемых величин, то , но , так как и для газа, находящегося в состоянии равновесия.

Отсюда , так как среднее значение квадрата скорости всех молекул одинаково ( - средняя скорость молекул).

В итоге получим: - число соударений за время .

Частота соударений .

Средняя длина свободного пробега определяется, как .

Любая термодинамическая система, предоставленная самой себе, приходит в равновесное состояние. Как мы ранее говорили, термодинамическая система – это совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией (импульсом, веществом) между собой и с другими телами (внешней средой). Равновесное состояние системы – это состояние, при котором все параметры системы имеют определенные значения, не изменяющиеся сколь угодно долго при неизменных внешних условиях.

Степень возвращения системы в равновесное состояние характеризуют временем релаксации , т.е. временем, за которое первоначальное отклонение какой-либо величины от равновесного значения изменяется в е раз. Поскольку разные параметры системы изменяются различным образом, то за время релаксации системы принимают время релаксации того параметра, который изменяется наиболее медленно.

Термодинамический процесс называю обратимым, если при совершении его термодинамической системой сначала в прямом, а затем в обратном направлении, как сама система, так и все внешние тела, с которыми система взаимодействовала, возвращаются в исходное состояние. Любой процесс, не удовлетворяющий этому условию, называют необратимым.

В термодинамических неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы, импульса.

К явлениям переноса относят диффузию (обусловлена переносом массы), теплопроводность (переносом энергии), внутреннее трение (переносом импульса).

Дата добавления: 2014-11-08; просмотров: 291; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!