Составители:
Рубрика:
3
термодинамического равновесия. Если внешние воздействия
поддерживаются постоянными, явления переноса протекают стационарно.
Явления переноса характеризуются необратимыми потоками
соответствующей физической величины:
• диффузионным потоком вещества для явления диффузии;
• тепловым потоком – для явления теплопроводности;
• потоком импульса – для явления внутреннего трения (вязкости).
Потоком физической величины называется количество данной
физической величины, переносимое в единицу времени через площадку,
ориентированную перпендикулярно направлению переноса. Поток через
поверхность единичной площади называют плотностью потока j.
Рассмотрим подробнее процесс диффузии. Пусть в двух половинках
сосуда, разделенных перегородкой, находятся разные газы. Пусть давления и
температуры газов одинаковы. Если удалить перегородку, то газы начнут
перемешиваться Причиной этого является хаотическое тепловое движение
молекул. Спустя некоторое время концентрации компонентов смеси станут
одинаковыми в обеих половинках сосуда. Такое проникновение молекул
одного газа в среду молекул другого газа называется взаимной или
концентрационной диффузией.
Скорость диффузии сильно зависит от длины свободного пробега
молекул. Длина свободного пробега (
λ
λλ
λ
) есть среднее расстояние, пролетаемое
частицей между двумя последовательными столкновениями. За секунду
молекула в среднем проходит путь, равный ее средней скорости <V>. Если
при этом она претерпевает в среднем
ν
столкновений, то средняя длина
свободного пробега молекулы:
<
λ
> = <v>/<
ν
> (1)
Для характеристики процесса столкновений вводят эффективный
диаметр молекул (d
эфф
) – минимальное расстояние, на которое сближаются
центры молекул при столкновении, и эффективное сечение молекулы –
σ
=
π
d
2
эфф
. Понятно, что увеличение эффективного сечения и концентрации
молекул n должно приводить к увеличению числа столкновений, а,
следовательно, к уменьшению длины свободного пробега:
n
σ
λ
2
1
= (2)
Процесс диффузии протекает достаточно медленно, если длина
свободного пробега намного меньше размеров сосуда.
Для двухкомпонентной системы (например, смеси двух газов с
парциальными плотностями
ρ
i
, (i=1,2)) стационарная диффузия,
