![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Краткие теоретические сведения и основные формулы. Учебная цель:на основе молекулярно-кинетической теории сформировать понимание физической сущности явлений переносаСтр 1 из 3Следующая ⇒
ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА Учебная цель: на основе молекулярно-кинетической теории сформировать понимание физической сущности явлений переноса. Привить навыки самостоятельного решения задач на данную тему. Литература
Основная: Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1989. - Гл. 10, § 10.6 - 10.9. Дополнительная: Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука, 1987. - Т.1. - гл.16, § 128 - 132.
Контрольные вопросы для подготовки к занятию
1. Назовите и охарактеризуйте известные Вам явления переноса. 2. Какова причина возникновения любого из явлений переноса: диффузии, внутреннего трения, теплопроводности? 3. Каков физический смысл явления диффузии? 4. Сформулируйте и запишите закон переноса массы вещества (закон Фика). 5. Запишите выражение для определения массы вещества, перенесенной в результате диффузии через площадку S за время t. 6. Каков физический смысл явления теплопроводности? 7. Запишите и сформулируйте закон теплопроводности Фурье. 8. Запишите выражение для определения теплоты, прошедшей посредством теплопроводности через площадку S за время t. 9. Каков физический смысл явления внутреннего трения (вязкости)? 10. Запишите и поясните уравнение внутреннего трения. 11. Как вычисляется каждый из коэффициентов переноса? Запишите связь коэффициентов переноса друг с другом.
Краткие теоретические сведения и основные формулы В термодинамически неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит перенос либо массы вещества, либо теплоты, либо импульса (количества движения). К явлениям переноса относятся диффузия, теплопроводность и внутреннее трение. Все явления переноса обусловлены одним молекулярным механизмом – хаотическим движением и перемешиванием молекул. 1. Диффузия. Явление диффузии заключается в том, что происходит самопроизвольное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел. Диффузия сводится к обмену масс частиц этих тел, возникает и продолжается, пока существует градиент плотности
где D – коэффициент диффузии. Знак минус показывает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности. Коэффициент диффузии D равен массе вещества, переносимого через единицу площади за единицу времени при градиенте плотности, равном единице. Согласно кинетической теории газов, где < V > - средняя арифметическая скорость теплового движения молекул, < l > - средняя длина свободного пробега. Масса М вещества, перенесенная в результате диффузии через площадь S за время t, пропорциональна площади S, времени t и градиенту плотности
2. Теплопроводность. Явление теплопроводности заключается в передаче энергии от более нагретого тела к менее нагретому. Процесс передачи энергии в форме теплоты подчиняется закону теплопроводности Фурье: количество теплоты q, которое переносится за единицу времени через единицу площади, прямо пропорционально
q = - æ где æ - коэффициент теплопроводности. Знак минус показывает, что при теплопроводности энергия переносится в сторону убывания температуры. Коэффициент теплопроводности æ равен количеству теплоты, переносимой через единицу площади за единицу времени при температурном градиенте, равном единице. Можно показать, что
æ
где Теплота Q, прошедшая посредством теплопроводности через площадку S за время t, пропорциональна площади S, времени t и градиенту температуры: Q = - æ
3. Внутреннее трение (вязкость) – это явление возникновения силы трения между слоями газа (или жидкости), перемещающимися параллельно друг другу с разными по величине скоростями. Внутреннее трение подчиняется закону Ньютона:
где f – сила внутреннего трения, действующая на единицу площади поверхности слоя, h – коэффициент внутреннего трения, Коэффициент внутреннего трения h равен силе внутреннего трения, действующей на единицу площади поверхности слоя при градиенте скорости, равном единице. Он вычисляется по формуле
Сила F, действующая на площадь S, пропорциональна этой площади и градиенту скорости
Формулы (19.1), (19.4) и (19.6) связывают коэффициенты переноса и характеристики теплового движения молекул. Их этих формул вытекают простые зависимости между æ, D и h:
h = r D;
|