Что такое явление переноса

Явления переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость)

В неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос массы, энергии, импульса.

Диффузия обусловлена переносом массы, теплопроводность – переносом энергии, а вязкость – переносом импульса.

Для характеристики необратимых процессов переноса вводятся параметры теплового движения молекул: среднее число соударений молекулы в единицу времени и средняя длина свободного пробега молекул .

Среднее число соударений молекулы за 1 с : ,

где d – эффективный диаметр молекул, т.е. минимальное расстояние, на которое сближаются при столкновении центры двух молекул,

– эффективное сечение молекул, – концентрация молекул,

– средняя арифметическая скорость молекул.

Средняя длина свободного пробега молекул , т.е. средний путь, проходимый молекулой между двумя последовательными столкновениями:

.

При рассмотрении одномерных явлений переноса система отсчета выбирается так, чтобы ось х была ориентирована в направлении переноса.

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,

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.

2. Теплопроводность. Если в одной области газа температура больше,чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул происходит процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул, то есть процесс выравнивания температуры. Этот процесс переноса энергии, называемый теплопроводностью, возникает и продолжается до тех пор, пока на границе соприкосновения двух частей газа градиент температуры отличен от нуля.

Градиент температуры Т газа вдоль выбранной оси х, перпендикулярной плоскости соприкосновения двух частей газа, имеющих различную температуру, обозначается как и показывает как быстро изменяется температура газа от точки к точке вдоль оси х.

Количественно теплопроводность подчиняется закону Фурье:

,

где– плотность теплового потока, определяемая энергией, переносимой в форме теплоты через единичную площадку S в единицу времени,

– градиент температуры в направлении x, перпендикулярном выбранной площадке S,

– коэффициент теплопроводности.

Знак минус в приведенной формуле означает, что при теплопроводности энергия переносится в направлении убывания температуры.

Согласно молекулярно-кинетической теории идеального газа, коэффициент теплопроводности: ,

где – удельная теплоемкость газа при изохорном процессе (количество теплоты, необходимое для изохорного нагревания 1 кг газа на 1 К),

– плотность газа,

– средняя скорость теплового движения молекул,

– средняя длина свободного пробега молекул.

3. Вязкость. Вязкость это свойство жидкости или газа, обусловленное внутренним трением между соприкасающимися параллельными слоями жидкости или газа, движущимися с различными скоростями. В результате, импульс слоя, движущегося быстрее, уменьшается, а движущегося медленнее – увеличивается, что приводит к торможению слоя, движущегося быстрее, и ускорению слоя, движущегося медленнее. Другими словами, внутреннее трение приводит к переносу импульса от одного движущегося слоя жидкости или газа к другому соприкасающемуся с ним слою.

Количественно сила внутреннего трения между двумя соприкасающимися слоями жидкости или газа подчиняется закону Ньютона:

,

где h – коэффициент динамической вязкости,

– градиент скорости, показывающий быстроту изменения скорости течения жидкости или газа от слоя к слою в направлении х, перпендикулярном направлению движения слоев,

S – площадь соприкосновения слоев жидкости или газа, на которые действует сила внутреннего трения F.

Закон Ньютона для внутреннего трения можно представить в виде:

,

где – плотность потока импульса – величина, определяемая импульсом, переносимым в единицу времени через единичную площадку S соприкосновения слоев жидкости или газа в направлении оси х, перпендикулярном направлению движения слоев жидкости или газа.

Знак минус в приведенной формуле означает, что импульс переносится от слоя к слою жидкости (газа) в направлении убывания скорости их движения.

Согласно молекулярно-кинетической теории идеального газа, коэффициент динамической вязкости идеального газа h определяется следующим образом:

,

где – плотность газа,

– средняя скорость теплового движения молекул,

– средняя длина свободного пробега молекул.

Источник

Явления переноса

Минимальное расстояние, на которое сближаются при столкновении центры двух молекул, называется эффективным диаметром молекулы d.

Для простоты ограничимся одномерными явлениями переноса. Систему отсчета выберем так, чтобы ось х была ориентирована в направлении переноса.

Если в одной области газа средняя кинетическая энергия молекул больше, чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул происходит процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул, т. е., иными словами, выравнивание температур.

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. Во время становления молекулярно-кинетической теории по вопросу диффузии возникли противоречия. Так как молекулы движутся с огромными скоростями, диффузия должна происходить очень быстро. Если же открыть в комнате сосуд с пахучим веществом, то запах распространяется довольно медленно. Однако противоречия здесь нет. Молекулы при атмосферном давлении обладают малой длиной свободного пробега и, сталкиваясь с другими молекулами, в основном «стоят» на месте.

Взаимодействие двух слоев согласно второму закону Ньютона можно рассматривать как процесс, при котором от одного слоя к другому в единицу времени передается импульс, по модулю равный действующей силе. Тогда выражение (4.5) можно представить в виде

Динамическая вязкость η численно равна плотности потока импульса при градиенте скорости, равном единице; она вычисляется по формуле

Электростатическое взаимодействие. Электрические заряды и поля. Два вида зарядов. Дискретность заряда. Элементарный заряд. Закон сохранения электрического заряда. Электризация тел. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона.

В курсе механики изучают гравитационное взаимодействие тел. Однако большое значение имеет электрическое, статистическое взаимодействие. Существуют процессы, в результате которых ранее не взаимодействующие тела начинают проявлять силы притяжения или отталкивания. Простейшим является электризация трением тел друг от друга, например, при трении стекла о кожу, тела притягиваются друг к другу. Тела, сохраняющие электризацию только в местах соприкосновения – изоляторы. Если же электризация распределена по всему телу, то это тело – проводник. Внешняя электризация проявляется во внешнем воздействии. Для описания этих процессов вводится понятие об электрическом заряде и электрическом поле. Положительные заряды возникают на стеклянной палочке при трении о кожу. Отрицательный заряд – на янтаре, потертым шерстяной тканью. Электрический заряд – неотъемлемой частью некоторых электрических частиц. Заряд всех электрических частиц одинаков по обеим величинам. Исключение составляют нейтральные частицы, чей заряд равен нулю. Заряд электрических частиц принято называть электрическим зарядом е.
К числу электрических частиц принадлежат: электрон, протон и нейтрон. Из этих частиц построены атомы и молекулы любого вещества, поэтому электрические заряды входят в состав всех тел. Обычно частицы несущие заряды различных знаков находящихся на веществах и распределяющихся одинаковой плотностью, поэтому все тела электрически нейтральны. При электрическом трении происходит разделение положительных и отрицательных зарядов. В результате перемещения отрицательных зарядов электризуются оба тела, причем одно положительно, другое отрицательно. Количество частиц во время этого процесса остается неизменным. В этом заключается закон сохранения электрического заряда. Его строгие формулировки в следующем:

Заряды не создаются и не исчезают, а лишь передаются от одного тела к другому или перемещаются внутри данного тела.

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов остается неизменной n

Поскольку всякий заряд образуется совокупностью электрических зарядов, то он является целым кратным электрического заряда q= +(-) n*e. Это свойство заряда – дискретность. Электрическое поле появляется одновременно с зарядом. Электрическое поле окружает заряд – объективная реальность существования независимо от нас, и воздействующее на наши органы чувств посредством приборов. Электрическое поле как и вещество – одна из форм существования материи.

Электрическое поле покоящихся зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле отдельного заряда можно обнаружить если в это поле внести другой заряд на который будет действовать определенная сила. Величина этой силы определяется по закону Кулона.

Законы электростатики применены к точечным зарядам. Реально точечные заряды не существуют. Точечный заряд определяют как модель заряженного тела, которая удовлетворяет некоторым условиям. Точечный заряд – тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием от этого тела до других тел несущих электрический заряд.

Если поле образовано несколькими зарядами, то силы, действующие на пробный заряд складываются по правилу сложения векторов. Поэтому и напряжение в данной точке поля равно векторной сумме напряжений поля от каждого заряда в отдельности

Данное положение называется принципом суперпозиции или положением полей.

Напряженность электрического поля в некоторой точке пространства – это физическая векторная величина, численно равная силе, действующей на единичный пробный заряд, помещённый в данную точку поля.

Внесём в электрическое поле, созданное зарядом q точечный заряд, называемый пробным q, на этот заряд будет действовать сила, равная:

Если в одну и ту же точку поля помещать разные заряды, то на них будут действовать различные силы, пропорциональные этим зарядам F /q_пр для всех вносимых зарядов одинакова: E= F /q_пр

Если положить, что q_пр =1, то E = F. Таким образом, напряженность электрического поля является силовой характеристикой этого поля. Следовательно, за единицу напряженности принимается напряженность в такой точке поля, где на единицу заряда действует единица силы при положительном заряде q, образующем поле. В системе СИ измеряется в В/м.

Напряженность поля образованного точечным зарядом, в точке, удалённой на расстояние r от заряда:

Если поле образовано несколькими зарядами, то силы, действующие на пробный заряд, складываются по правилу сложения векторов. Поэтому и результирующая напряженность в данной точке поля равна векторной сумме напряженностей полей от каждого заряда в отдельности. В этом состоит принцип суперпозиции напряженностей электрического поля.

Электростатичное поле можно наглядно изобразить с помощью силовых линий или линий напряженности.

Силовые линии – кривые, касательные в каждой точке, которым совпадают с направлением вектора напряжененности. Силовые линии являются условным понятием и реально не существуют. Электростатичное поле исследуют пробным электрическим зарядом при внесении пробного положительного в поле силы, направленной в сторону этого заряда, поэтому считают, что силовые линии выходят из положительного заряда и входят в отрицательный.

Для того чтобы силовые линии характеризовали значение его напряженности, число линий должно быть численно равно напряженности поля. Поэтому условились подсчитывать число линий, приходящихся на единицу поверхности каждой силовой линии. Если напряженность поля всюду одинакова по величине и направлению, то такое поле называют однородным.

Полный поток вектора напряженности через замкнутую поверхность произвольной формы численно равен алгебраической сумме электрических зарядов, заключенных внутри этой поверхности, деленной на абсолютную диэлектрическую проницаемость среды:

Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциал электрического поля точечного заряда. Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля. Мембранные потенциалы и нервные импульсы.

Рассмотрим работу электростатических сил при перемещении зарядов q из одной точки поля в другую по произвольному пути, который обозначим

Для электростатического поля работа зависит от начальной и конечной точек перемещения, но не от его формы.

Совокупность точек поля, имеющих равный потенциал, называют эквипотенциальной поверхностью.

Таким образом, электростатическое поле можно характеризовать двумя величинами: Е и φ. Причем напряженность является силовой характеристикой поля, а потенциал – энергетической характеристикой поля.

Рис.1. Схематическое представление эффектов диффузии и активного транспорта при наличии на мембране клетки разности потенциалов. Потенциал во внеклеточном пространстве считается равным 0.

Она приблизительно равна 70 мВ. Эта разность потенциалов обуславливает наличие градиента концентрации различных ионов. Избыток заряда с каждой стороны мембраны имеется только на ее поверхности, жидкость с каждой стороны мембраны электрически нейтральна.

Разность потенциалов на мембране U, которая может поддерживать равновесное состояние концентраций С_i/ С_е при нормальной температуре тела (300 К), задается уравнением Нернста:

Этот потенциал далек от значения потенциала действия, поэтому ионы Na + стремятся диффундировать из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (внутрь клетки).

Потенциал внутри клетки недостаточно отрицателен, чтобы поддерживать состояние равновесия. Значит ионы К + из-за разности концентраций диффундируют из клетки.

В дополнение к диффузии существует активный перенос ионов Na + и К + через мембрану. Этот активный перенос назван механизмом (комплексом химических реакций), именуемый калий-натриевым насосом. Действие насоса состоит в прыскивании ионов К + в клетку и выведении Na + из клетки. Этот процесс идет противоположно направлению нормальной диффузии обоих веществ. Энергию для функционирования насоса дают метаболические процессы внутри клетки. Детали механизма действия насоса неизвестны.

Т.к. мембрана тонка, факт существования разности потенциалов 70 мВ означает, что напряженность электрического поля внутри мембраны очень велика:

Хотя напряженность поля внутри мембраны очень велика, необходимо немного ионов для ее поддержания.

Тогда число однозарядных ионов равно:

Это число можно сравнить с числом ионов N_k внутри клетки:

Источник

Лекция на тему «Явления переноса «

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Описание презентации по отдельным слайдам:

Явления переноса Теплопроводность. В состоянии равновесия температура Т во всех точках системы одинакова. При отклонении температуры от равновесного значения в некоторой области в системе возникает движение теплоты в таких направлениях, чтобы сделать температуру всех частей системы одинаковой. Связанный с этим движением перенос теплоты называется теплопроводностью. Диффузия. В состоянии равновесия плотность каждой из компонент во всех точках фазы одинакова. При отклонении плотности от равновесного значения в некоторой области в системе возникает движение компонент вещества в таких направлениях, чтобы сделать плотность каждой из компонент постоянной по всему объему системы. Связанный с этим движением перенос вещества компонент, составляющих фазу, называется диффузией.

Явления переноса Теплопроводность: закон Фурье

Явления переноса Диффузия: закон Фика Бинаная смесь. Через перпендикулярную к z площадку S устанавливается поток молекул 1-го сорта массы M1:

Явления переноса Уравнение переноса. Явление переноса в газах. Общее уравнение переноса. Пусть G характеризует некоторое молекулярное свойство, отнесенное к одной молекуле. Этим свойством может быть энергия, импульс, концентрация, электрический заряд и т. д. При наличии градиента G имеет место движение G в направлении его уменьшения. Пусть ось X направлена вдоль градиента G. Среднее расстояние, пробегаемое молекулами, пересекающими площадку dS после последнего столкновения, равно 2 /3. Эта величина в большинстве случаев достаточно мала и G на расстоянии 2 /3 от площадки dS можно представить в виде

Явления переноса Поскольку n0 = 1/σ не зависит от давления, a

Т1/2 и также не зависит от давления, можно заключить, что теплопроводность не зависит от давления, что хорошо подтверждается экспериментом, и увеличивается приблизительно прямо про- пропорционально корню квадратному из температуры. Здесь использовано выражение «приблизительно» потому, что с увеличением температуры поперечное сечение σ несколько уменьшается.

Явления переноса Вязкость. В результате теплового движения молекулы перелетают из одного слоя газа в другой, перенося при этом свой импульс упорядоченного движения из одного слоя в другой. В результате обмена молекулами между слоями, движущимися с различ- различными скоростями, импульс упорядоченного движения быстрее движущегося слоя уменьшается, а медленнее движущегося — увеличивается. Это означает, что быстрее движущийся слой тормозится, а медленнее движущийся ускоряется. В этом и состоит механизм возникновения силы внутреннего трения между слоями газа, движущимися с различными скоростями.

Явления переноса Сила трения, τ, отнесенная к площади трущихся поверхностей газа, равна потоку импульса упорядоченного движения в перпендикулярном скорости направлении. — динамическая вязкость (Дж. Максвелл, 1860 г.) динамическая вязкость не зависит от давления и растет в основном пропорционально корню квадратному от температуры, (небольшой рост связан с уменьшением σ при росте температуры.

Явления переноса Независимость динамической вязкости, т. е. силы трения, от давления и, следовательно, от плотности газа. Длина свободного пробега изменяется обратно пропорционально давлению, а концентрация молекул — прямо пропорционально. Переносимый каждой молекулой импульс упорядоченного движения прямо пропорционален длине свободного пробега, т. е. обратно пропорционален давлению. Поскольку концентрация молекул, переносящих импульс, прямо пропорциональна давлению, получается, что суммарный переносимый молекулами импульс, отнесенный к промежутку времени и объему, не зависит от давления (подтверждается экспериментально). Единицей динамической вязкости является 1 Па∙с. Динамическая вязкость газов при температуре 20°С и атмосферном давлении имеет порядок 10-5 Па∙с. Кинематическая вязкость:

Явления переноса Самодиффузия. Пусть молекулы равномерно заполняют некоторый объем. Допустим, что все молекулы одинаковы по всем своим механическим и динамическим параметрам, однако могут отличаться по некоторому признаку, не оказывающему влияние ни на взаимодействие между молекулами, ни на их движения. Таким образом, переносимым признаком в этом случае является просто идентичность молекул, т. е. признак их индивидуальной идентификации. Назовем условно этот признак «цветом» и будем считать, что имеются белые и черные молекулы. Предположим, что концентрация белых и черных молекул в пространстве неоднородна. Очевидно, что в состоянии равновесия как «черный», так и «белый» сорт молекул должен равномерно заполнить весь объем. Поэтому при неоднородном распределении начнется выравнивание концентраций в результате столкновений между молекулами. Переносимым количеством в этом случае является концентрация рассматриваемого сорта молекул.

Явления переноса При фиксированной температуре =const, а l

1/р. Следовательно, при T=const D

1/р. С другой стороны, при фиксированном давлении l

Т, a Следовательно, при p=const D

Т3/2. Эти заключения были тщательно проверены в экспериментах. Соотношение Dp = const, соблюдается в довольно широком интервале давлений для не очень плотных газов с точностью до нескольких десятков процентов. В зависимости от температуры D растет несколько быстрее, чем пропорционально Т3/2. Это объясняется тем, что при росте Т несколько уменьшается поперечное сечение, что приводит к дополнительному увеличению длины свободного пробега. Коэффициент диффузии для кислорода и азота в воздухе при нормальных условиях имеет порядок 10-5 м2/с.

Явления переноса Связь между коэффициентами, характеризующими уравнение переноса. где cv— удельная теплоемкость при постоянном объеме, ρ — плотность вещества. Наличие этой связи между коэффициентами процессов переноса обусловлено одинаковостью физической природы процессов переноса.

Явления переноса Взаимодиффузия в газе из различных молекул. Если имеется два сорта молекул, различающихся динамическими свойствами и характером взаимодействия, то процесс диффузии значительно усложняется. Пусть для определенности имеются тяжелые и легкие молекулы. Обозначим концентрации молекул n1 и n2. Условие постоянства давления и температуры по всему объему по закону Дальтона имеет вид Для диффузионных потоков молекул каждого сорта

Явления переноса Поэтому полный поток первой компоненты, являющийся суммой диффузионного и гидродинамического потоков этой компоненты, равен где Таким образом, задача сводится к громоздким вычислениям средних длин свободных пробегов. Дж. Максвелл и Ц. Стефан для вычисления этих величин в модели жестких, абсолютно упругих шаров предложили следующие формулы:

Явления переноса Физические явления в разреженных газах Вакуум. При уменьшении давления длина свободного пробега увеличивается. Когда она становится равной линейным геометрическим размерам объекта, то молекулы сталкиваются лишь со стенками сосуда (если объем ограничен стенками) и практически не сталкиваются друг с другом. Такая ситуация называется вакуумом. Понятие вакуума относительно. Чем больше линейные размеры области, тем при меньшем давлении он достигается. При нормальных атмосферных условиях l

10-6 см. Теплопередача при малых давлениях. Столкновения между молекулами практически отсутствуют, молекулы являются переносчиками энергии от более горячих стенок к более холодным. Правильнее говорить о теплопередаче газом теплоты, поскольку никакого градиента температур в объеме сосуда нет.

Явления переноса Зависимость способности к теплопередаче от давления у газа другая, чем зависимость теплопроводности от давления. При высоком давлении теплопроводность не зависит от давления, теплопередача же при низком давлении увеличивается с ростом давления, поскольку увеличивается частота ударов молекул о стенки сосудов. И наоборот, теплопередача уменьшается при уменьшении давления до сколь угодно малых значений. Примером практического использования этого являются сосуды Дьюара. В полых стенках создаются условия вакуума с достаточно низкой теплопередачей. Диффузия при малых давлениях. Поскольку столкновений между молекулами в объеме практически нет, передача молекулярных признаков происходит со скоростью движения молекул, т. е. очень быстро. Время уравнивания концентраций даже в очень больших объемах является малым.

Явления переноса Трение при малых давлениях. Если имеются две твердые поверхности, движущиеся друг относительно друга, причем между поверхностями находится газ в условиях вакуума, то между поверхностями возникают силы трения, стремящиеся затормозить более быстро движущуюся и ускорить медленнее движущуюся поверхности. Это явление похоже по внешнему виду на возникновение аналогичных сил при достаточно высоком давлении, но механизм совершенно другой. В условиях вакуума между движущимися поверхностями не возникает слоев газа, движущихся поступательно друг относительно друга, в результате чего возникает сила внутреннего трения, передающаяся от слоя к слою. При столкновении с движущейся поверхностью молекула приобретает соответствующий импульс упорядоченного движения и, пролетев без столкновений пространство между поверхностями, обменивается импульсом своего упорядоченного движения с другой поверхностью.

Явления переноса Импульс, переданный поверхности молекулами в каждую секунду, численно равен силе трения. Таким образом, в условиях вакуума отсутствует внутреннее трение в газе в том смысле, в каком оно существует при более высоком давлении, но имеется взаимное трение движущихся друг относительно друга поверхностей. Сосуды, сообщающиеся через пористую перегородку. Размеры пор в пористой перегородке могут быть столь малыми, что в них соблюдаются условия вакуума уже при нормальном атмосферном давлении. Если по разные стороны пористой перегородки имеется один и тот же газ и поддерживаются различные температуры, то устанавливается равновесное состояние, при котором давления по разные стороны пористой перегородки различны.

Явления переноса В условиях равновесия число молекул, перелетающих из одной половины в другую через пористую перегородку, равно числу молекул, пролетающих через пористую перегородку в обратном направлении. Поскольку сами поры молекулы проходят без столкновений, то это условие имеет вид где Sэф — эффективная суммарная «площадь» пор в перегородке. Учитывая, что т. е. там, где температура больше, давление также больше. Такая ситуация при нормальных условиях невозможна, поскольку возникшие при разности давлений гидродинамические потоки быстро выравнивают давление.

Явления переноса Явления переноса в твердых телах Диффузия. В жидкостях и твердых телах также имеют место явления переноса, но механизм этих явлений отличается от механизма в газах. Это обусловлено тем, что, во-первых, в жидкостях и твердых телах теряет смысл представление о длине свободного пробега и, во-вторых, силы взаимодействия между молекулами очень велики и оказывают постоянное влияние на их движение. В твердых телах наблюдается как самодиффузия, так и взаимодиффузия. Наиболее наглядно это демонстрируется фактом взаимопроникновения вещества двух тел, находившихся достаточно долгое время в тесном контакте друг с другом.

Явления переноса Самодиффузия осуществляется главным образом с помощью трех следующих механизмов. 1. Если в узле кристаллической решетки имеется вакансия, то один из соседних атомов может совершить переход из своего узла в вакантный узел. Этот переход эквивалентен движению вакансии. Для того чтобы имел место процесс самодиффузии, обусловленный движением вакансий, необходимо, чтобы в решетке присутствовало неравномерное распределение вакансий, т. е. градиент плотности вакансий. При создании вакансий важную роль играют дислокации. Для осуществления диффузии посредством движения вакансий необходимо одновременное наличие двух условий: существования вакансии и образования у одного из соседних атомов достаточно большой энергии колебания, чтобы он смог покинуть свой узел.

Явления переноса Для осуществления перескока необходимо, чтобы имелась вакансия и соседний атом имел достаточную энергию для совершения перескока в вакансию. Обозначим εв энергию, при приобретении которой атом покидает обязательно свой узел, в результате чего образуется вакансия. В соответствии с распределением Гиббса вероятность образования вакансии равна С другой стороны, обозначая εп энергию, которую должен иметь атом, чтобы совершить перескок в имеющуюся вакансию, можно для вероятности перескока при наличии вакансии написать

Явления переноса Теплопроводность. Она осуществляется не тем, что молекулы перемещаются в твердом теле, а посредством взаимодействия между молекулами, в результате которого их тепловое движение приобретает коллективный характер. где vзв — скорость звука в твердом теле; — средняя длина свободного пробега фононов. Константа определяется свойствами вещества. Теплопроводность твердых тел во много раз превосходит теплопроводность газов.

Явления переноса Теплопроводность. Так же как и в тв. телах, теплопроводность в жидкостях осуществляется передачей теплового движения от одних молекул к другим в результате взаимодействия. Вязкость. Механизм возникновения вязкости в жидкостях не удается представить столь просто, как в разреженных газах, когда картина сводится к переносу импульса упорядоченного движения слоев газа при переходе молекул из одного слоя в другой в результате молекулярного движения. Если принять эту картину и применить механизм «скачков» молекулы из «оседлого» положения в одном слое в «оседлое» положение молекулы в другом слое, то для динамической вязкости получается противоречащая эксперименту зависимость от температуры, а именно в то время как эксперимент обнаруживает

Явления переноса «Перескоки» молекулы из одного «оседлого» положения в другое необходимо рассматривать в направлении действия силы, т.е. перпендикулярно градиенту скорости. При этом процесс оказывается зависящим от конкретных особенностей межмолеку- межмолекулярных сил. Молекуле приходится «вырываться» из своего окружения, чтобы передвинуться в направлении действия силы. Связи между молекулами, которые при этом приходится преодолевать, аналогичны тем, которые преодолеваются при испарении. Динамическая вязкость достаточно хорошо описывается формулой вида где А и b определяются свойствами жидкости. Следствие: при повышении температуры динамическая вязкость сильно уменьшается. Такое поведение динамической вязкости жидкостей противоположно наблюдаемому у газов.

Источник