Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса




НазваниеЛекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса
Дата конвертации12.03.2013
Размер445 b.
ТипЛекции


Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики

  • Явления переноса


Явления переноса

  • Согласно нулевому принципу Т.Д. неравновесные изолированные системы приходят к состоянию Т.Д. равновесия, характеризуемому общей для всей системы температурой и др. Т.Д. параметрами

  • При рассмотрении явлений переноса мы ограничимся квазиравновесными системами, в которых можно говорить о существовании градиентов Т.Д. параметров



Явления переноса

  • Различают три вида явлений переноса

    • Теплопроводность – это процесс переноса тепловой энергии, обусловленный хаотическим движением молекул
    • Диффузия – это обусловленное тепловым движением молекул проникновение одних веществ в объём, занятый другими веществами
    • Внутреннее трение (вязкость) возникает вследствие переноса импульса молекул между слоями


Теплопроводность

  • Потоки тепла возникают из-за наличия градиентов температуры

  • Теорию теплопроводности Ж. Фурье можно использовать в случаях V=const или P=const

  • При этом можно ввести плотность потока тепла j(x,y,z,t)=Q/(St)



Теплопроводность

  • В одномерном случае баланс тепла можно записать как:

  • j(x)-j(x+dx)Sdt=cVdMdT  -j(x)/xdt=cVdT

  • Получим:

  • ()



Теплопроводность

  • Следующее уравнение, связывающее j с градиентом температуры, проще получить эмпирическим путём:

  • j=- æT/x ()

  • где æ – коэффициент теплопроводности

  • Комбинируя () и (), получим:

  • это уравнение справедливо в одномерном случае при отсутствии источников тепла



Теплопроводность

  • Если æ не зависит от координат (однородная среда), то:

  • или:

  • где  - коэффициент температуропроводности



Теплопроводность

  • Мы получили однородное линейное дифференциальное уравнение второго порядка в частных производных

  • При наличии в системе источников тепла мы должны решать неоднородное уравнение:

  • где q – мощность источников тепла



Теплопроводность

  • Обобщая () на трёхмерный случай, получим:

  • ( ) перейдёт в:



Теплопроводность

  • Задачи на теплопроводность бывают:

    • Стационарные. В уравнениях нет явной зависимости от времени. Такие задачи решать проще
    • Нестационарные. Время является параметром уравнений
  • Решим задачу о распределении температуры в бесконечной пластине толщиной ℓ



Теплопроводность



Теплопроводность

  • Среди различных веществ наибольшей теплопроводностью отличаются металлы: æ~102103 Вт/мК. В них высокая теплопроводность обеспечивается свободными электронами

  • У жидкостей æ~10,1 Вт/мК. В среднем меньше, чем у твёрдых тел и больше, чем у газов (æ~0,10,01 Вт/мК)



Диффузия

  • В изотермических условиях диффузия возникает из-за наличия градиентов концентрации вещества (концентрационая диффузия)

  • Отдельным видом диффузии является термодиффузия в результате которой более тяжёлые и крупные молекулы идут к горячей области, а лёгкие и мелкие − к холодной

  • Различают диффузию одного вещества в другом и самодиффузию



Диффузия



Диффузия

  • Диффузия одного вещества в другом реализуется при малых концентрациях добавок

  • При больших концентрациях имеем промежуточный случай между диффузией и самодиффузией

  • Коэффициент самодиффузии можно измерить изучая проникновение радиоактивных изотопов в вещество

  • Диффузия в твёрдых телах протекает медленнее, чем в жидкостях, а в жидкостях медленнее, чем в газах



Диффузия

  • Концентрационная диффузия описывается законом Фика:

  • где D – коэффициент диффузии [м2/с ], М – масса, с – концентрация, S – площадь, t – время

  • Диффузионый поток:



Диффузия



Вязкость

  • При течении жидкостей и газов возникают силы трения между смежными слоями среды, движущимися с разной скоростью. Эти силы возникают вследствие переноса импульса молекул от слоёв, имеющих большую скорость, к более медленным слоям



Вязкость

  • Явление внутреннего трения описывается формулой Ньютона:

  • где  - коэффициент динамической вязкости [Пас]

  • При увеличении температуры вязкость у жидкостей уменьшается, а у газов увеличивается



Явления переноса

  • Феноменологические параметры æ,  и D, характеризующие явления переноса можно выразить через микроскопические параметры, такие как m, vмол и . Последний играет особую роль.

  • Ранее мы получали оценку ~1/(n), где n – концентрация молекул,  - площадь сечения молекулы

  • Более точный расчёт даёт:



Явления переноса

  • Для случая диффузии молекул типа 1 массой m1 и радиусом r1 в среде молекул типа 2 с m2 и r2:

  • где 12=(r1+ r2)2



Явления переноса

  •  можно выразить через давление и температуру:

  • Можно установить общее соотношение, связывающее макроскопический поток G какой либо величины А с потоком g микроскопической величины а:



Явления переноса

  • В случае диффузии это даёт:

  • D= ½vср

  • Для теплопроводности:

  • æ=½vср.кв.cP

  • Для вязкости:

  • =⅓vср.кв.





Похожие:

Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconЛекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Реальные газы. Межмолекулярные взаимодействия. Низкие температуры Реальные газы
Для реальных газов наблюдается отклонение от закона К. М., кроме того, при некоторых значениях внешних параметров они могут быть...
Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconЛекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Основные газовые законы. Идеальный газ. Кинетическая теория газов Основные газовые законы Закон Дальтона
Закон Авогадро: одинаковые количества газов при одинаковых температуре и давлении занимают одинаковый объём
Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconЛекции по физике. Механика Основные понятия механики. Кинематика Список учебной литературы И. В. Савельев. Курс общей физики. Т механика и молекулярная физика
Т. И. Трофимова. Курс физики Механика, колебания и волны в упругих средах. Сборник задач по физике под ред. Д. С. Фалеева. Двгупс,...
Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconЛекции по физике Раздел Классическая и релятивистская механика Темы лекций Кинематика поступательного и вращательного движений
Савельев И. В. Курс общей физики: т механика. Молекулярная физика. М.: Наука, 1987. 496 с
Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconПеренос энергии без переноса вещества. Перенос энергии без переноса вещества
Поля, силовые линии которых замкнутые, называются вихревыми. Это магнитное поле и вихревое электрическое поле
Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconЛекции по физике. Оптика Взаимодействие света с веществом Взаимодействие света с веществом При взаимодействии света с веществом наблюдаются следующие явления
Из-за дисперсии наблюдается преломление лучей с разной длинной волны под разными углами
Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconУроках физики изучают физические явления: механические, электрические, оптические. В окружающем нас мире наряду с ними распространены тепловые явления

Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconФизика как наука зародилась очень давно. Попытки объяснить явления природы были в Китае, в Древней Греции и Индии. Первоначально физикой занимались философы, богословы, астрономы, мореплаватели, врачи.
Физика как наука зародилась очень давно. Попытки объяснить явления природы были в Китае, в Древней Греции и Индии. Первоначально...
Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconФакты и явления, изучаемые наукой Факты и явления, изучаемые наукой
Отсутствует полное размежевание между научным и околонаучным, псевдонаучным знанием
Лекции по физике. Молекулярная физика и основы термодинамики Явления переноса Явления переноса iconЛекция 3 Дрейфовое кинетическое уравнение Уравнения переноса

Разместите кнопку на своём сайте:
hnu.docdat.com


База данных защищена авторским правом ©hnu.docdat.com 2012
обратиться к администрации
hnu.docdat.com
Главная страница