Явления переноса

Процессы, протекающие в системе, могут быть равновесными и неравновесными.

Равновесным состоянием системы называется такое состояние, при котором все параметры системы имеют определенные значения, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго.

При нарушениях равновесия в системах возникают потоки массы, либо энергии, либо электрического заряда и т.д. Эти процессы носят названия явлений переноса.

Диффузия –это обусловленное тепловым движением выравние концентраций двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твёрдых тел. Явление диффузии для газа подчиняется закону Фика: масса вещества переносимого через площадку S, перпендикулярную оси x, пропорциональна градиенту плотности вещества , площади поверхности и времени переноса ,

где – коэффициент диффузии, = ,

- средняя скорость теплового движения молекул газа, - средняя длина свободного пробега молекул.

Знак минус обусловлен тем, что поток массы направлен в сторону убывания плотности.

Теплопроводность. Если в некоторой среде создать вдоль оси x градиент температуры , то возникает поток тепла.

Явление теплопроводности подчиняется закону Фурье:

Здесь - теплота, переносимая через поверхность S, перпендикулярную к оси x, за время , - коэффициент теплопроводности. Знак минус отражает тот факт, что теплота течет в направлении убывания температуры. Для газов коэффициент теплопроводности , где - удельная теплоёмкость газа при постоянном объёме.

Внутреннее трение (вязкость). Механизм возникновения внутреннего трения между параллельными слоями газа или жидкости, движущимися с различными скоростями, заключается в том, что из-за хаотического теплового движения происходит обмен молекулами между слоями, в результате чего импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, движущегося медленнее- увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее.

Сила внутреннего трения между двумя слоями газа (жидкости) подчиняется закону Ньютона:

где - динамическая вязкость, - градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости в направлении x, перпендикулярном направлению движения слоев, S - площадь соприкасающихся слоев.

Взаимодействие двух слоёв согласно второму закону Ньютона можно рассматривать как процесс, при котором от одного слоя к другому в единицу времени передается импульс, по модулю равный действующей силе:

где - импульс, переносимый через площадку S, перпендикулярную оси x, за время dt. Знак минус указывает, что импульс переносится в направлении убывания скорости слоёв газа (жидкости). Из кинетической теории газов следует, что коэффициент вязкости