В неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос массы, энергии, импульса.
1. Диффузия. Явление диффузии заключается в том, что происходит самопроизвольное взаимопроникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел. Диффузия сводится к переносу массы, возникает и продолжается до тех пор, пока на границе соприкосновения двух сред градиент плотности отличен от нуля.
Градиент плотности вдоль выбранной оси х, перпендикулярной плоскости соприкосновения двух сред, обозначается, как и показывает, как быстро изменяется величина плотности от точки к точке вдоль оси х.
Количественно явление диффузии подчиняется закону Фика:
,
где – плотность потока массы, то есть величина, определяемая массой газа, диффундирующего через единичную площадку S в единицу времени,
– градиент плотности газа в направлении x, перпендикулярном выбранной площадке S,
|
|
D – коэффициент диффузии.
Знак минус в приведенной формуле означает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности.
Согласно молекулярно-кинетической теории идеального газа, коэффициент диффузии D:,
где – средняя скорость теплового движения молекул,
– средняя длина свободного пробега молекул.