Транспорт явления са необратими

Статистически физика се занимава с равновесни състояния с органи и обратими процеси (напр. Е. Процесите за което системата преминава през серия от равновесни състояния).

Извлича се от равновесното състояние, всеки макроскопична система се стреми да се върне в равновесно състояние. В кинетичната теория на газовете счита газове, които са в състояние на равновесие. Въпреки това, объркването на топлинната движение на молекулите на газа, непрекъснато сблъсък между тях води до непрекъснато смесване на частиците и да се промени тяхната скорост и енергия. Ако съществува газ в пространствената нееднородното плътност, температура със скорост правилното движение на отделните слоеве на газ, след това спонтанно приведе тези нехомогенности. газови потоци възникнат енергийни вещества, както и скорост на частиците правилното движение. Тези потоци са типични за не-равновесни състояния на газ е физическата основа на специални методи, феномен, наречен общата комбинирана трансфер

Науката, която изучава процесите, които се случват, когато дисбаланс се нарича физически кинетика. Съответно процеси се наричат транспортни явления.

трансфер явления са необратими процеси.

1) Да разгледаме три транспортни явления

- вътрешно триене или вискозитет,

2) напиши емпирични уравнения на тези процеси са приложими за всички носители (твърди, течни и газообразни).

Всяко явление прехвърляне се дължи на неравенство на определена стойност про-пространство. Например, топлинният поток е с произход в случай на неравни температури в различни точки на околната среда. В бъдеще ние ще трябва да се използва концепцията за потока на определена физична величина през повърхността S. Ние сме заинтересовани от

Поток - скаларното количество и алгебрично-алгебра. Неговият знак зависи от избора на положителна "на борда" страната на една повърхност към друга или S НАО-обратното. Положителната посока обикновено избран произволно (с изключение затворени повърхности, където е избран от споразумение извън региона, ограничена от повърхността).

Ще разгледаме основно протича през плоска повърхност S, перпендикулярна на оста X, избиране Поставете-лен "посоката" на повърхността S минаваща на с вектор X. оста единица Ако физическото количество се прехвърля чрез S в X ос на борда ще се приеме, съответстващ положителен поток zhitelnym, ако обратна посока, - otritsat-lnym.

Средният брой на сблъсъци, а средният свободен пробег на молекулите

Молекулите на газа в състояние на случаен принцип на движение, Xia непрекъснато се сблъскват една с друга. Между две последователни сблъсъци на молекули proho-DYT някакъв начин л. който nazyvaetsyadlinoy свободен път. Най-общо, дължината на пътя между две последователни сблъсъци е различен, но Kakmo се занимават с голям брой молекули, и те са в произволен движение, тогава можем да говорим средна, свободен път на молекулите .

Минималното разстояние, на което сблъсък схождащите точки на две молекули nazyvaetsyaeffektivnym molekulyd диаметър (фиг. 68).

Що се отнася до 1 със средна молекула преминава път равна на аритметичната средна скорост на , и ако - средният брой на сблъсъци с опит от един Molek от формула 1 с газ, средният свободен пробег

За да се определи представете си молекула като диаметър топка г а, която се движи сред други "замразени" молекули. Тази молекула ще срещне само тези молекули, чиито центрове са разположени на разстояния, равни или по-малки от г, т. Е. Lie в "счупени" цилиндър с радиус г (фиг. 69).

Средният брой на сблъсъци в продължение на 1 е броят на молекулите в "счупени" цилиндъра на силата на звука:

където п - молекулярна концентрация, V = Рд2

- средната скорост на молекула или начина, по който преминава в продължение на 1 секунда). По този начин, средният брой на сблъсъци

Изчисленията показват, че като се вземе предвид движението на други молекули

След това, средната свободен пробег

т. е. п е обратно пропорционална на концентрацията на молекулите. От друга страна, (42.6), че при постоянна температура е пропорционално налягане р п. Ето защо,

Експериментално изследване на молекулно-кинетичната теория

Помислете за някои от феномените експериментално потвърдите основната поло-доставка и изводи на теорията на молекулно-кинетичната.

1. брауново движение. Бял ботаник R. Brown (1773-1858), наблюдаване под микроскоп суспензия прашец във вода, открили, че частиците на прашец и произволно се движат бързо, след това се върти, за преминаване от едно място на друго, като частици прах в слънчев лъч. След това, беше установено, че такъв комплекс зигзаг движение е характерно за малките размери на частиците ( "1 микрон), суспендирани в газ или течност. Интензивността на движението, наречен брауново нараства с увеличаване на температурата на околната среда, с намаляване на вискозитета и време-мери частици (независимо от тяхната химическа природа). Причина за брауново движение-ТА за дълго време остава неясно. Само 80 година след откриването на този ефект, се обяснява: на Брауновото движение на суспендирани частици, причинени от ударите на молекулите на средата, в която частиците се суспендират. Тъй молекули се движат произволно, на Брауновото частици са тремор от различни посоки и следователно правят движението така странен. Така Брауново движение потвърждава заключенията молекулно кинетичната теория на случаен принцип (топлинна) движение на атоми и молекули.

2. Опит Стърн. Първият експериментален определяне на молекулно скорости vypo-Ying немски физик Stern D. (1888-1970). Неговите експерименти също могат да се прецени разпределението на скоростта. Stern диаграма инсталация е представено на фиг. 70. По оста на вътрешния цилиндър с празнина калибрира платина проводник покрити със слой от сребро, на ток, който се нагрява в евакуиран въздуха. При нагряване, среброто се изпарява. Сребърен атоми под навън през отвора, за да паднат върху вътрешната повърхност на втория цилиндър, като изображението прорез О. Ако устройството е разположен в въртене около обща цилиндър ос, сребърните атоми не се утаят срещу разликата и се премества от точка O на разстояние S. Разрез на изображението, получено замъглено. Изследване на дебелината на отложения слой, е възможно да се направи оценка на разпределението на скоростта на мол-молекули, които съответства на Maxwellian разпределение.

Познаването на радиусите на цилиндрите, тяхната ъглова скорост, и измерване на S, може да се изчисли скоростта на сребърни атоми при дадена температура на проводника. Резултатите от теста показват, че средният процент на сребърни атоми е близка до тази, която е резултат от разпределението на Максуел на скоростта.

3. Опит Ламерт. Този опит ни позволява да определите по-точно разпределение право-нето на скоростта. Управление на Вакуумната апаратура е показано на фиг. 71. Molek-полярен лъч образувана от източник, който минава през отвора, влиза в приемащия-Ник. Между източника и приемника са поставени два диска с прорези фиксирана ЛИЗАЦИЯ на обща ос. Когато неподвижните дискове молекули достигат до приемника, минаваща през прорезите в два диска. Ако оста е разположен в ротация, приемникът ще достигне само последната слота в първия диск на молекулата, което прекарвате да тече между дисковете време, равна или кратна на време въртене на диска. Други молекули също са забавени втория диск. Чрез промяна на ъгловата скорост на въртене на диска и измерване на броя на молекулите, влизащи в приемника, е възможно да се установи правото на разпределение на изследваните молекули над скорости. Този опит също е потвърдила валидността на maksvellovs-един от скоростното разпределение.

4. Опитно определяне на константата на Авогадро. Използване на идея разпределение-корекция на молекулите (виж екв. (45.4)), френския учен J. Perrin (1870-1942) експериментално определена стойност е константата на Авогадро. Изследването под микроскоп Брауново движение на, той се е убедил, че височината на Брауновото частици раз-predelyayutsya като газови молекули в гравитационно поле. Прилагането им разпределението на Болцман може да се запише

Стойността на NA, получен от работата на Perrin J., последователни стойности, полу-chennym в други експерименти, потвърждаващ приложимостта на Брауновото разпределение на частици (45.4).

Транспорт явления в термодинамично nonequilibrium системи

В термодинамично nonequilibrium системи имат специални необратими protses SY наречената миграция явления. този резултат в пространствено-ти енергиен трансфер, маса, скорост. За прехвърляне явления включват термично-ност (поради пренос на енергия), дифузия (причинена от масообмен) и вътрешното триене (поради предаване на инерция). За простота явления трансфер едномерна-ционни. Референтната система е избрана така, че оста х е Ори-Ted в посоката на транспортиране.

1. топлопроводимост. Ако една област на средната кинетичната енергия на газови молекули е по-голям от другия, след това с течение на времето поради постоянното един сто lknoveny молекули процеса на подреждане на средната кинетичната енергия на молекулите, т.е.. E. С други думи, температура изравняване на.

предаване на енергия под формата на топлина Фурие podchinyaetsyazakonu:

Je където плътността на топлинния поток - количеството, определено от енергията извършва под формата на топлина за единица време през единица площ, перпендикулярна на оста х. л -teploprovodnost. - температурен градиент е равна на скоростта на промяна на температурата на единица дължина в посока х нормалната на този сайт. знак минус показва, че енергията се пренася когато топлопроводимост в посока на намаляване на температурата (и следователно бележи Je - срещу). Топлопроводимостта л е числено равна на температурата на топлинна плътност поток градиент равна на единица.

Може да се покаже, че

където CV - специфичен топлинен капацитет на газ при постоянен обем (количеството топлина, необходима за нагряване на газ на 1 кг на 1 К при постоянен обем), R - плътността газ, - средната скорост на топлинната движение на молекули, - средната продължителност на своята свободна път.

2. Diffusion. Дифузията е явление, което се случва samoproiz проникване и смесване произволни два контакт частици газове евреин кости и дори твърди вещества; дифузия намалява маси сменяем частиците тези органи настъпва и продължава, докато има градиент на плътност. По време на образуването на молекулно-кинетичната теория на дифузия на противоречия. Тъй като молекулите се движат с огромни скорости, дифузия трябва да се извършва много бързо. Ако отворен съд с ароматизиращи вещества в стаята, миризмата разпространява бавно. Въпреки това, не съществува никакво противоречие тук. Молекулите при атмосферно налягане, имат ниска свободен път и сблъсък с други молекули, най-вече "стои" на място.

дифузия феномен за химически хомогенна газ подчинява Fuca:

където JM е плътността на масовия поток - стойността, определена от масата на вещество дифузия за единица време през единица площ, перпендикулярна на оста х, D -diffuziya (коефициент на дифузия), д-р / DX - градиент плътност, равна на скоростта на промяна на плътността на единица дължина в посока х нормално към този сайт. знак минус показва, че масообмен среща в посока на намаляване плътност (и следователно бележи JM р / DX срещу). Дифузията D е числено равна на плътността на масова плътност на потока градиент равна на единица. Според кинетичната теория на газовете кал,

3. вътрешното триене (вискозитет). Механизъм на възникване на вътрешното триене между слоя паралелно газ (течност) се движат с различни скорости, е, че се дължи на случайни топлинна движение на молекули се обменят между слоевете, при което импулс слой се движат бързо намалява, които се движат по-бавно - увеличава, което води до инхибиране слой, движещ се по-бързо и по-бързо слой, бавно.

Според формула (31.1), вътрешната сила на триене между двата слоя на газ (течност) се подчинява закон на Нютон:

където ч - динамичен вискозитет (вискозитет), DV / DX - градиента на скоростта, показваща степента на промяна на скоростта в х-посока, перпендикулярна на движението zheniya слоеве, S - площ, на която сила F.

Взаимодействие на два слоя съгласно втория закон на Нютон може да се разглежда като процес вана, в който от един слой към друг в единица време предава импулс модул равна на качеството сила. След това, експресията (48.5) може да бъде предварително определен под формата на

JP където инерция плътността на поток от - стойността определя от общия импулс извършва в единица време в положителна посока х-ос през единица площ, перпендикулярна на оста х, - градиента на скоростта. знак минус показва, че импулс се прехвърля в посока на намаляване на скоростта (и следователно JP признаци са противоположни).

Динамичен вискозитет ч е числено равна на плътността на потока на градиента на импулс скорост равна на единица; се изчислява по формулата

От сравнението на уравнения (48.1), (48.3) и (48.6), описваща транспортни явления, то следва, че моделите на явления по прехвърлянето са сходни. Тези закони са установени много преди те да са обосновани и са получени от молекулно кинетичната теория на, оставя се да се установи, че приликата на техните математически-радикално изрази, причинени от честото основно явления топлинно повърхност дифузия и вътрешно триене на молекулярен механизъм на смесване на молекулите в процес на случаен принцип на движение и сблъсъци помежду си.

Разглеждане на закона на Фурие, Фик и Нютон не разкри молекулно-кинетичната смисъла на коефициента на L и D и час. Изразите за коефициентите на транспорта са получени от кинетичната теория. Те се записват без показване, като смятаме, че стриктното-renie явления доста тромава трансфер и качество - няма смисъл. Уравнения (48.2), (48.4) и (48,7) свързват коефициенти на предаване и термични характеристики на молекулите. От тези формули следват проста връзка между л, D и час:

С помощта на тези формули, е възможно за един намерен от опита стойности се определят от друг.