Тема: Явища переносу. Молекулярно–кінетична інтерпретація явищ переносу.

Лекція № 19.

Виведена зі стану рівноваги будь–яка макросистема прагне повернутися в рівноважний стан. При цьому зростає ентропія, що є ознакою необоротності процесу. Порушення рівноваги супроводжується виникненням потоків частинок, тепла, електричного заряду і т.д. Відповідні процеси називають явищами переносу. Розглянемо три явища переносу: дифузія, внутрішнє тертя і теплопровідність.

Дифузією називають взаємопроникнення речовини в різних сумішах, яке обумовлене тепловим рухом молекул. Нехай суміш містить два компоненти з парціальними густинами r₁ і r₂. Концентрація кожної компоненти намагається зрівнятися, виникають потоки маси обох компонентів, спрямовані убік зменшення їх густин. Експериментально було встановлено вираження для густин потоку маси і-ї компоненти:

, кг/(с*м²),

де D – коефіцієнт дифузії. Знак мінус обумовлений тим, що потік і-ї компоненти протилежний похідній , яку називають градієнтом густини.

Внутрішнє тертя. З механіки відомо, що сила тертя між двома шарами рідини або газу, віднесена до одиниці площі поверхні розділу шарів, дорівнює:

,

де h – коефіцієнт в'язкості, похідна – градієнт швидкості, який характеризує ступінь зміни швидкості рідини або газу в напрямку осі X, що перпендикулярний напрямкові руху шарів.

Згідно з 2–м законом Ньютона взаємодію двох шарів із силою f можна розглядати як процес передачі в одиницю часу імпульсу. Нехай – густина потоку імпульсу, тобто імпульс переданий щомиті від шару до шару через одиничну площу поверхні. Тоді:

.

Знак мінус обумовлений тим, що потік імпульсу протилежний по напрямку градієнта .

Теплопровідність. Дослід показує, що якщо в середовищі створити уздовж осі градієнт температури , то виникає потік тепла, густина якого:

, Вт/м²,

де c – коефіцієнт теплопровідності. Знак мінус виникає по тій же причині: густина потоку протилежна по напрямку градієнту .