Тема 12. Явления переноса
§ 12. 1. Общие положения • 1. Система, выведенная из равновесия, стремится вернуться в равновесное состояние. • 2. Любое явление переноса связано с неравномерным распределением некоторой величины в пространстве (Т, n и т. д. ) • 3. Нарушение равновесия сопровождается возникновением потоков (молекул, тепла и пр. ) Плотность потока ФВ(G) j называется ее количество, переносимое в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению переноса.
§ 12. 2. Молекулярно-кинетическая интерпретация явлений переноса • Площадку S пронизывают молекулы, движущиеся во встречных направлениях с одинаковыми средними скоростями: |j 1|=|j 2| • Средняя длина свободного пробега - расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными соударениями с другими молекулами: C Результирующая плотность потока С: С 1 S С 2 j 1 j 2 х х-λ х х+λ Общее уравнение переноса
§ 12. 3. Диффузия - взаимопроникновение вещества в различных смесях, обусловленное тепловым движением молекул. • Диффузия приводит к выравниванию концентрации примесных молекул в системе Диффузия - процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (против градиента концентрации)
• Диффузия представляет собой процесс на молекулярном уровне и определяется случайным характером движения отдельных молекул. • коэффициент диффузии пропорционален средней скорости молекул. D ~ υ ср~ Разница в скорости диффузии лёгких и тяжёлых молекул применяется, чтобы разделять субстанции с различными D ~ 10 -5 м 2/с для воздуха при н. у. молекулярными весами.
Диффузия в жидкостях Д. определяется скачками молекул из "оседлых" состояний в соседние вакантные состояния, что связано с преодолением потенциального барьера. Каждый скачок происходит при сообщении молекуле энергии, достаточной для разрыва её связей с соседними молекулами и переходом в окружение др. молекул. τ - Время "оседлой жизни" во временном положении равновесия между активац. скачками , где W энергия активации, - ср. период колебаний молекулы в "оседлом" состоянии. W- энергия активации, - время оседлой жизни подтверждается экспериментально Коэффициент диффузии в жидкостях где d - ср. расстояние между молекулами, которое несколько увеличивается с ростом температуры; D сильно возрастает с ростом Т
Диффузия в твёрдых телах • Коэффициент Д. в твёрдых телах очень зависит от дефектов структуры, увеличиваясь с ростом их числа. • Для Д. в твёрдых телах характерна экспоненциальная зависимость от температуры с энергией активации большей, чем у жидкостей. Коэф. Д. для цинка в медь возрастает в 1014 раз при повышении температуры от 300 C до 3000 C. Для разл. решёток W отличаются не очень сильно: (например, для свинца W=26 ккал/г*атом, для меди W 60 ккал/г*атом), а а и τ (период и характерное время периода колебаний узлов решетки) могут сильно отличаться.
§ 14. 4. Вязкость (внутреннее трение) • Возникает в случаях, когда на хаотическое движение молекул накладывается упорядоченное движение. При н. у. вязкость газов η ~ 10 -5 Па∙с
§ 14. 5. Закон теплопроводности Фурье • Теплопроводность – вид теплообмена, при котором перенос энергии в виде теплоты в неравномерно нагретой среде связан с тепловым движением молекул, но не связан с макроскопическим движением среды. В роли С выступает средняя энергия теплового движения
• Добавить про эффективное сечение и Д