нційна енергія молекули в полі тяжіння. Відзначимо, що природа поля U може бути будь-яка. Зазвичай під розподілом Больцмана розуміють останню формулу.
6. Явища переносу
Фізичної кінетикою називається наука, що вивчає процеси, що виникають при порушеннях рівноваги. При вивченні фізичної кінетики широко використовуються методи термодинаміки, статистичної фізики і молекулярно-кінетичної теорії. З численних проявів фізичної кінетики розглянемо теплопровідність, дифузію і внутрішнє тертя.
При порушенні рівноваги система прагне повернутися в рівноважний стан. При цьому в системі відбуваються процеси, пов'язані з перенесенням якої фізичної величини: маси, заряду, енергії, імпульсу і пр. Відзначимо, що явища переносу звичайно являють собою незворотні процеси.
Потоком фізичної величини називається кількість цієї величини, переносний в одиницю часу через задану поверхню. Приклади: потік рідини, потік світла, потік тепла, ... Для простоти будемо розглядати потік через площину перпендикулярну осі х.
. Теплопровідність. Відомо, що тепло передається від більш нагрітих ділянок до менш нагрітих. Кількісно процес теплопровідності описується законом Фур'є: тепловий потік через майданчик S пропорційний градієнту температури
,
де - коефіцієнт теплопровідності. Це емпіричне рівняння, отримане Фур'є. Мінус вказує на те, що тепло передається від більш нагрітих частин до менш нагрітих. Використовуючи апарат молекулярно-кінетичної теорії, можна показати, що для ідеальних газів коефіцієнт? визначається формулою
,
де - питома теплоємність при постійному обсязі, - середня швидкість теплового руху молекул, - середня довжина вільного пробігу молекули.
Питомою теплоємністю при постійному обсязі називається кількість теплоти, необхідне для нагрівання 1 кг газу на 1? До при постійному обсязі.
Середньої довжиною вільного пробігу молекули називається середній шлях, який проходить молекула між двома послідовними зіткненнями.
При теплопровідності відбувається перенесення енергії від більш нагрітих областей до менш нагрітих.
. Дифузія. Дифузією називається мимовільне вирівнювання концентрацій у суміші декількох різних речовин, викликане тепловим рухом молекул. Якщо в посудині, розділеному перегородкою, містяться різні гази, то після видалення перегородки гази перемішуються.
Рис.
Дифузія описується законом Фіка: потік маси пропорційний градієнту щільності речовини
,
де D - коефіцієнт дифузії. Мінус вказує на те, що перенесення відбувається від областей з більшою до областей з меншою концентрацією. Можна показати, що D визначається формулою
.
Відзначимо, що при дифузії відбувається перенесення маси.
. Внутрішнє тертя (в'язкість). Розглянемо дві паралельні площини, між якими знаходиться газ або рідина. Нехай одна площина нерухома, а друга рухається зі швидкістю V.
Рис.
Між сусідніми шарами рідини виникнуть сили внутрішнього тертя, які описуються законом Ньютона: сила внутрішнього тертя між двома шарами газу пропорційна градієнту швидкості
,
де?- Коефіцієнт в'язкості. При внутрішньому терті виникає потік імпульсу між шарами рідини чи газу, тобто тут передається імпульс. Можна показати, що коефіцієнт в'язкос...
