Явления переноса. Средняя длина свободного пробега молекул

Процессы, происходящие в неравновесных системах и сопровождающиеся пространственным переносом массы, энергии или импульса, называются явлениями переноса. Законы для них были установлены сначала опытным путем, а затем теоретически были получены на основе МКТ. Перенос происходит до тех пор, пока сохраняется пространственный градиент dA/dx какой-либо физической величины A (плотности ρ, температуры Т или скорости потока u)

1. Диффузия – перенос массы dm – подчиняется закону Фика:

(9), где – коэффициент диффузии, – площадь площадки, через которую идет поток вещества, и dt –время переноса.

2. Теплопроводность – перенос энергии в виде тепла – подчиняется закону Фурье:

(10),

где – коэффициент теплопроводности.

3. Внутреннее трение (вязкость) – перенос импульса направленного движения dp при обмене молекулами между двумя соприкасающимися потоками жидкости или газа, движущимися с разными скоростями u, – подчиняется закону Ньютона:

(11),

где – коэффициент динамической вязкости.

– средняя длина свободного пробега молекул, т.е., расстояние между двумя последовательными соударениями; d – эффективный диаметр молекулы, т.е., расстояние, на которое сближаются при столкновении две молекулы; c_V – удельная теплоемкость при постоянном объеме; – средняя арифметическая скорость молекул. Знак минус в выражениях (9-11) указывает, что перенос вещества, энергии или импульса всегда совершается в направлении убывания плотности, температуры или скорости направленного движения. Внешнее сходство выражений (9-11) говорит о том, что явления переноса определяются единым механизмом перемешивания молекул и столкновениями друг с другом при их хаотическом движении.