В газе находящимся в объеме всегда имеется неоднородность плотности, давления, температуры. Хаотическое движение молекул постепенно выравнивает эту неоднородность, и газ приходит в состояние равновесия.
Процессы выравнивания сопровождаются направленным переносом: массы, температуры, импульса, молекул.
Диффузия — движение молекул, приводящее к переносу вещества из мест с большой концентрацией молекул в места с их меньшей концентрацией.
Внутреннее трение — взаимодействие между слоями газа, движущимися с различными скоростями, при котором импульс направленного движения молекул из быстрых слоев передается в более медленные
Теплопроводность — процесс выравнивания температуры газа, заключающийся в направленном переносе тепла из более нагретых слоев в менее нагретые.
В процессе диффузии за время dt, через площадку dS переносится масса
(6.10)
где D — коэффициент диффузии; dn/dr — градиент концентрации в направлении r.
В результате внутреннего трения переносится импульс направленного движения молекул
|
|
(6.11)
где η— коэффициент внутреннего трения (коэффициент вязкости); dυ/dr — градиент скорости движения молекул в направлении r.
Теплопроводность определяет интенсивность переноса количества тепла
(6.12)
где — коэффициент теплопроводности; dT/dr — градиент температуры в направлении r.
Диффузия измеряется в м2/с, внутреннее трение — Н·с, теплопроводность — Дж/(м·с·К).
При диффузии в среде с разной концентрацией n молекул вещества движутся через площадку dS как по выбранному направлению так и против него (рис 6.7)
Будем считать, что средняя скорость молекул около площадки dS на расстоянии длины свободного пробега одинакова. Число молекул пересекающую площадку в направлении на участке dr равному
в обратном направлении
где объем из которого молекулы пересекают площадку dS
Разность между числом молекул прошедших площадку dS
На участке dr равному 2 число молекул
.
Сравнивая последнее равенство с уравнением (6.10) получим
(6.13)
Количество тепла перенесенного из более нагретого слоя в менее нагретый на участке 2λ вещества с концентрацией n молекул.
Тогда
(6.14)
Импульс молекул прошедших через площадку ds в том и другом направлении
где коэффициент внутреннего трения
. (6.15)