РОЗДІЛ 6. ЯВИЩА ПЕРЕНЕСЕННЯ
В термодинамічно нерівноважних системах (системах, у яких змінюються термодинамічні параметри) виникають особливі необоротні процеси, які називають процесами перенесення. В результаті таких процесів відбувається просторове перенесення енерґії, маси, імпульсу. До явищ перенесення належать: внутрішнє тертя (перенесення імпульсу), теплопровідність (перенесення енерґії) і дифузія (перенесення маси).
Розглянемо коротко суть цих явищ, обмежившись одномірним випадком, коли вісь OZ співпадає з напрямком перенесення.
6.1. Внутрішнє тертя (в’язкість)
В’язкість – це властивість реальних рідин та газів чинити опір при переміщенні однієї частини рідини відносно іншої. У рухомій рідині між окремими шарами, які мають різні швидкості відносного руху, виникають сили внутрішнього тертя, напрямлені по дотичній до поверхні шарів. Внаслідок теплового руху молекули переходять з одного шару в інший, переносячи при цьому свій імпульс mv впо-рядкованого руху. Обмін молекулами між шарами, які рухаються з різними швидкостями, є причиною того, що імпульс швидшого шару зменшується, а повільнішого – зростає. Тобто швидший шар гальмується, а повільніший – прискорюється. У цьому полягає ме – ханізм виникнення сил внутрішнього тертя.
Ньютон експериментально встановив, що величина сили внутрішнього тертя FT прямо пропорційна площі поверхні шару рідин S і ґрадієнту швидкості .
EMBED PBrush
Ґрадієнт швидкості визначає величину зміни швидкості на одиницю віддалі при переході від одного шару рідини до іншого в напрямі ОZ, перпендикулярному напряму руху шарів.
На рис.1 показані два шари рідини, віддалені на EMBED Equation.3 z, які рухаються з швидкостями v1 і v2 перпендикулярно до ОZ.
Сила внутрішнього тертя між шарами напрямлена протилежно до напряму швидкості швидшого шару і становить:
EMBED Equation.3 (6.1)
де EMBED Equation.3 коефіцієнт пропорційності, який називається
коефіцієнтом в’язкості, або динамічною в’язкістю;
EMBED Equation.3 ґрадієнт швидкості,
S площа поверхні шарів.
З формули (6.3) випливає, що:
EMBED Equation.3 , (6.2)
Коефіцієнт в’язкості чисельно дорівнює силі тертя, що виникає між шарами рідини одиничної площі при ґрадієнті швидкості, рівному одиниці.
Коефіцієнт в’язкості вимірюється в – Пас (паскаль-секунда).
6.2. Теплопровідність
Якщо в одній області газу середня кінетична енерґія молекул більша ніж в іншій, то з часом, внаслідок постійних зіткнень відбудеться вирівнювання середніх значень кінетичної енерґії молекул, тобто вирівнювання температури.
Перенесення енерґії в формі теплоти описується законом Фур’є :
EMBED Equation.3 (6.3)
де JE густина теплового потоку, яка визначається
енерґією, що переноситься у формі теплоти
за одиницю часу через поверхню одиничної
площі, перпендикулярну до осі ОZ;
EMBED Equation.3 теплопровідність, яка чисельно дорівнює
густині теплового потоку при одиничному
ґрадієнті температури;
EMBED Equation.3 ґрадієнт температури в напрямі осі ОZ.
Знак () показує, що енерґія переноситься у
напрямі зменшення температури.
6.3. Дифузія
Явище самовільного взаємопроникнення і перемішування частинок двох газів, рідин чи навіть твердих тіл, які дотикаються називають дифузією. Дифузія призвод...
