8. Явления на пренасяне дифузия, вътрешно триене и топлопроводност. Връзка между коефициентите



Дата15.10.2018
Размер28.61 Kb.
8. Явления на пренасяне - дифузия, вътрешно триене и топлопроводност. Връзка между коефициентите.
В един газ в условия на равновесие налягането, температурата и концентрацията на молекулите са еднакви в целия обем. При нарушение на равновесието има стремеж в системата то да се възстанови и възникват потоци на пренасяне на маса (частици), енергия, импулс. Тези явления се обединяват под общото име явления на пренос или още транспортни явления. Към тях се отнасят дифузия, топлопроводност и вътрешно триене. Обясняват се с молекулно кинетичната теория.
Дифузия:

Това е взаимно проникване на молекулите на две разнородни вещества, протича и в еднородна среда при различна концентрация на молекулите. Физичната величина , която се пренася е масата на молекулите, т.е. пренасят се частици. Необходимо условие е нееднаква концентрация в дадено направление, тогава казваме че имаме градиент на концентрацията (n) - n/x  0.

Ще използваме величините дифузионен поток – преминалото вещество за единица време през площ S и плътност на потока jd , когато площта е единица. Уравнение, което описва процеса се нарича закон на Фик и има вида:

, където D е коефициент на дифузия. Знакът минус показва посоката на преноса - от голяма към малка концентрация. Коефициентът на дифузия е свързан с кинетичните характеристики на молекулите, като среден свободен пробег (разстоянието между два удара при тяхното хаотично движение) -  и средна скорост – v.

, множителят 1/3 означава равноправност по трите координати – x, y и z.

Дифузия съществува и при вещества в различни агрегатни състояния. На газове и течности в твърди тела се нарича абсорбция, само по повърхността им – адсорбция. Дифузия на твърди тела в течности е разтваряне, на течности в газове – изпарение, а на твърди тела в газове – сублимация.

Тази дифузия, за която стана дума досега, я наричаме свободна дифузия, за разлика от осмозата например която е несвободна дифузия.
Топлопроводност:

Това е процесът на пренасяне на количество топлина чрез хаотичното движение на молекулите, възниква ако имаме градиент на температурата – Т, T/x0. Дефинира се аналогично за величините топлинен поток и плътност на топлинния поток – jt. Законът на Фурие за топлопроводността има вид:

, където  е коефициент на топлопроводност. Аналогично на коефициента на дифузия чрез кинетичните характеристики той има вид , където  е плътността на средата, а cv e специфичният топлинен капацитет при постоянен обем. Знакът минус показва посоката на пренасяне, от места с по-висока температура към места с по-ниска. Най-голяма топлопроводност имат металите, най-малка – газовете. Например за мед и сребро тя е около 400 W/m.K, докато за вода, мускули, кръв е около 0,6 за мастна тъкан – 0,22 а за въздух – 0,024.
Вътрешно триене (вискозитет):

Пренасяната физична величина е импулс на молекулите p=m.v, необходимо условие е нееднаквост на скоростта на движение на молекулите в направление перпендикулярно на нейната посока. Възниква между молекулите от съседни слоеве движещи се с различни скорости при ламинарно движение на флуидите. При въвеждане на величините поток на пренос на импулс и плътност на този поток jp законът описващ явлението се нарича закон на Нютон за вътрешното триене:



, където  е коефициент на вътрешно триене или динамичен вискозитет. Чрез кинетичните характеристики той е . Знакът минус означава че пренасянето е от места с голям импулс към места с малък. Обратната величина на вискозитета се нарича флуидност или течливост. Например за водата вискозитетът е около 1 mPa.s, докато за кръвта е 3,4-5,7. Той се променя значително при патологични процеси, например намалява при анемии, туберкулоза, отоци до 1,7 или се увеличава при диабет до 25. За синовиалната течност той е 300 mPa.s, а за глицерина 1500 mPa.s. За въздух е 0,03 mPa.s.

Връзка между коефициентите:



От приведените закони виждаме, че става въпрос за сходни явления и затова те са обединени под общо име – явления на пренасяне или транспортни явления. Също и коефициентите са подобни и свързани един с друг, например:

=D. , =D..cv.


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница