Лекция 7 ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА I НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ 1

Лекция 7. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА. I НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ 1. 2. 3. 4. 5. Среднее число столкновений молекул. Длина свободного пробега. Явление переноса: теплопроводность, диффузия, вязкость. Внутренняя энергия. Закон Больцмана. I начало термодинамики. Работа при различных изопроцессах

1. Среднее число столкновений молекул. Длина свободного пробега Молекулы газа, находясь в хаотическом движении, непрерывно сталкиваются друг с другом. n Длина свободного пробега (l) – путь, пройденный молекулами между двумя последовательными столкновениями. Вводится средняя длина свободного пробега. n Минимальное расстояние, на которое сближаются центры двух молекул при столкновении, называются эффективным диаметром молекул d. n

Эффективный диаметр молекул Средняя длина свободного пробега n средняя скорость молекулы n - среднее число столкновений за одну секунду, испытываемы х одной молекулой n

n Среднее число столкновений n При постоянной температуре n p – давление nn - концентрация

2. Явление переноса: теплопроводность, диффузия, вязкость В термодинамически неравновесных системах возникают необратимые процессы называемые явлениями переноса. n К явлениям переноса относятся: теплопроводность (обусловленная переносом энергии), диффузия (обусловленная переносом массы), внутреннее трение (обусловленное переносом импульса). n

Теплопроводность Закон Фурье n плотность потока, величина, определяемая энергией, переносимой в форме тепла в единицу времени через площадку, перпендикулярную оси x n теплопроводность n градиент температуры, равный скорости изменения температуры на единицу длины в направлении нормали к этой площадке n

Теплопроводность n n Теплопроводность численно равна плотности теплового потока при градиенте температуры, равном единице. удельная теплоёмкость газа при постоянном объеме плотность газ средняя скорость теплового движения

Диффузия Явление диффузии заключается в возникновении самопроизвольного проникновения и перемешивания частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и твёрдых тел n Закон Фика n плотность потока массы, величина, определяемая массой вещества диффундирующего в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную оси x. n

Диффузия n диффузия (коэффициент диффузии) n градиент плотности, равный скорости изменения плотности на единицу длины x в направлении нормали к этой площадке

Диффузия через полупроницаеммую перегородку

Внутреннее трение (вязкость) n Закон Ньютона n вязкость градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости в направлении , перпендикулярном движению слоёв n площадь, на которую действует сила n

Вязкость

3. Внутренняя энергия. Закон Больцмана n n Внутренняя энергия – однозначная функция термодинамического состояния системы 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

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 k. T/2, а на каждую колебательную степень свободы приходится в среднем энергия, равная k. T. n Средняя энергия молекулы n

n сумма числа поступательных, числа вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы В идеальном газе внутренняя энергия, отнесённая к одному молю газа n Внутренняя энергия для произвольной массы m газа n

4. Первое начало термодинамики n Применительно к термодинамическим процессам закон сохранения и превращения энергии в результате обобщения опытных данных формулируется в виде Первого начала термодинамики: теплота d. Q, сообщаемая системе, расходуется на изменение её внутренней энергии d. U и на совершение ею работы против внешних сил d. A

Теплоемкость Удельная теплоёмкость вещества – величина равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг вещества на 1 К n Молярная теплоёмкость – величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 моля вещества на 1 К n

Работа при различных изопроцессах

Изохорный процесс

Изобарный процесс

Изотермический процесс