Фізика - Чолпан П.П. 2003

Частина 2 МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

Розділ 5 ЯВИЩА ПЕРЕНЕСЕННЯ

Хаотичний тепловий рух молекул, неперервні зіткнення між ними сприяють тому, що молекули, хоча і порівняно повільно, переміщуються з однієї точки простору в іншу. Внаслідок зіткнень змінюється числове значення і напрям швидкостей молекул, що приводить до передачі імпульсу і енергії. З цієї причини в газовому середовищі, якщо розглядати нескінченно малі об’єми окремих ділянок середовища, самочинно виникають флуктуації густини (концентрації), температури і тиску газу, які миттєво зникають. Якщо ці неоднорідності спричинені стороннім джерелом і мають сталий характер, то хаотичний рух молекул прагне ліквідувати ці неоднорідності.

Отже, в нерівноважних ізольованих системах процеси відбуваються так, що їх кінцевим результатом завжди буде встановлення термодинамічної рівноваги. В установленні термодинамічної рівноваги важливу роль відіграють дифузія, в’язкість і теплопровідність. Ці процеси сприяють вирівнюванню густини і концентрації, припиненню макроскопічного руху речовини, встановленню в усій системі однакової температури. Такі явища (процеси) зумовлені тепловим рухом молекул і називаються явищами перенесення, оскільки вони пов’язані з перенесенням енергії (теплопровідність), імпульсу (в’язкість) і маси (дифузія).

У загальному випадку явища перенесення залежать від градієнтів відповідних параметрів системи. Градієнти — векторні величини. Проте якщо обмежитися розглядом явищ перенесення вздовж однієї координатної осі, то векторних позначень можна не вводити. Якщо густина є функцією лише координати х, то під градієнтом густини ρ для спрощення розумітимемо величину . Так само визначають градієнт температури і градієнт швидкості спрямованого руху .

сіх     (їх

Явища перенесення можна спостерігати у багатьох сучасних технологічних процесах. Наприклад, під час виробництва цукру його видобуток із цукрової стружки (екстракція) зумовлений дифузією. Дифузія використовується для очищення напівпровідників, розділення ізотопів тощо. Явища теплопровідності спостерігаються у більшості теплових процесів, у різних машинах і устаткуваннях.

Отже, в усіх процесах, які відбуваються в газах, важливу роль відіграють зіткнення між молекулами, зокрема зіткнення, «відповідальні» за максвеллівський розподіл молекул за швидкостями. Вони мають вирішальне значення для встановлення рівноваги в газах, тому розглянемо їх докладніше.