Жылу өткізгіштік. Диффузия. Тұтқырлық.

Термодинамикалық тепе-теңдікте тұрмайтын жүйелерде жылу өткізгіштік, диффузия, тұтқырлық деп аталатын тасымалдау құбылыстары жүреді. Ол кезде сәйкесті энергия, масса, импульс тасымалданады.

Газдардағы жылу өткізгіштік. Газ ішінен бетін бөліп алып, одан х арақашықтықта орналасқан екі нүктелердің температуралары болсын деп жориық.

1-сурет

Сонда беті арқылы солдан оңға қарай энергия мөлшері ( және ) тасымалданады. Энергия – температураның кему бағытына қарай тасымалданады. Егер х осі энергияның тасымалдау бағытымен сәйкес келсе, онда жылу ағынының өзгерісі үшін Фурье теңдеуі:

(1)

мұндағы: - жылу өткізгіштік коэффициенті; - тұрақты көлемдегі жылу сыйымдылық; - тығыздық; - газ молекулаларының орташа жылдамдығы; - газ молекулаларының еркін жолының ұзындығы; - температура градиенті, ол бетке жүргізілген нормаль бағытында бір өлшем х ұзындыққа келетін температура өзгерісі бойынша анықталады; - ох осіне перпендикуляр бағытта бір өлшем беттен бір өлшем уақыт ішінде тасымалданатын жылу мөлшері.

Енді суреттегі 1 және 2 нүктелерде ( ) тығыздықтары әртүрлі газ орналасқан деп жориық. Сонда беті арқылы ох осінің бағытында газ массасы тасымалданады. Тасымалдау теңдеуін Фик мынадай түрде жазды:

(2)

мұндағы: -диффузия коэффициенті, -диффузия коэффициенті тығыздық градиенті бірге тең болған жағдайдағы масса ағынының тығыздығына тең, -молекуланың орташа жылулық қозғалысының жылдамдығы, - молекулалардың еркін жолының ұзындығы, - тығыздық градиенті, ол бетке жүргізілген нормаль бағытындағы бір өлшем х ұзындыққа келетін тығыздық өзгерісімен анықталады, -масса ағынының тығыздығы ох осінің бағытына орналасқан бір өлшем беттен, бір өлшем уақытта диффузияланатын заттың массасымен анықталатын шама.

Ішкі үйкеліс (тұтқырлық). Әртүрлі жылдамдықтармен қозғалатын сұйық қабаттары үшін Ньютонның екінші заңы бойынша жылдамырақ қозғалатын сұйық қабаты, баяу қозғалатын сұйық қабатына импульс береді.

(3)

мұндағы: - ішкі үйкеліс коэффициенті (динамикалық тұтқырлық), - жылдамдық градиенті, -ішкі үйкеліс күші.

Фурье, Фик, Ньютон заңдары макроскопиялық заңдар. Ол - коэффициенттерінің молекулалық-кинетикалық мағыналарын ашпайды. Бұл коэффициенттердің арасындағы байланысты

(4)

деп жазуға болады.