Розділ 7. Явища перенесення

У термодинамічно нерівноважній системі завжди виникають необоротні процеси, які називають явищами перенесення. До таких явищ належать дифузія (зумовлена перенесенням маси), теплопровідність (зумовлена перенесенням теплоти) і в’язкість (зумовлена перенесенням імпульсу). Виникають ці явища тільки тоді, коли в різних просторових точках середовища існує різниця (градієнт) густини, температури або швидкості молекул. Термодинамічна система за цих умов намагається перейти до рівноважного стану шляхом вирівнювання цих параметрів. Відповідні процеси супроводжуються виникненням у середовищі потоків молекул J, які переносять певну фізичну величину А у напрямі, протилежному до градієнта. У випадку дифузії А – це маса речови-ни; у разі теплопровідності – це кількість теплоти; у випадку в’язкості (внутрішнього тертя) – це імпульс.

Розглянемо детальніше процес перенесення в газі деякої фізичної величини А у напрямі осі Ох потоком J молекул у середовищі зі сталим градієнтом (рис. 7.1).

Молекули в потоці J перетинають площину S на відстані середньої довжини вільного пробігу <l>. Це достатньо мала величина, тому А в околі точки х можна виразити у вигляді

=A(x) (7.1)

обмежившись першим членом розкладу в ряд Тейлора.

Кількість молекул, які перетинають площу S за час t, рухаючись в додатному напрямку осі Ох, дорівнює . Потік J величини А уведемо як

. (7.2)

Зазначимо, що в газі існуватимуть два взаємно протилежні потоки вздовж Ох:

; (7.3)

. (7.4)

Підсумковий потік у додатному напрямі Ох:

. (7.5)

Рівняння (7.5) – це основне рівняння явищ перенесення.