Процессы переноса

соприкасающихся веществ друг в друга, вследствие теплового движения частиц вещества.
Диффузия происходит в направлении уменьшения концентрации вещества и ведет к его равномерному распределению по занимаемому объему.

Процессы переноса

При нарушении равновесия в системе возникают про- цессы переноса энергии (теплопроводность), вещества (диффузия) или импульса (вязкое трение). Все эти про- цессы являются необратимыми, так как обусловлены хаотическим тепловым движением молекул .

всегда направлен в сторону убывания концентрации (при получаем ).

Найдем коэффициент диффузии.
Рассмотрим кубик единичного объема. В нем содер-жится n одинаковых молекул, которые движутся хаотично.

Для упрощения будем предполагать, что в каждом из направлений:
+x; -x
+y; -y
+z; -z
движется молекул.

единичной площади, перпендикулярную к их скорости, за единицу времени. Возьмем площадку S в качестве основания параллепипеда с высотой равной . Все молекулы, находящиеся в нем, пролетят через S за 1с. Объем пар-да численно равен .Тогда
где - концентрация молекул;
- средняя скорость теплового движения.

следующим образом:

const и при p = const

неравномерно нагрет), то возника-ет поток тепла от более нагретой части газа к менее нагретой. Это явление называют теплопроводностью.
В реальных процессах T(t) – нестационарный процесс. Математически легче описать стационар-ный процесс, когда разность температур не меняется со временем.

Рассмотрим газ, заключён-ный между двумя парал-лельными стенками, имею-щими разную температуру Та и Тб

температуры

площадку, перпендикулярную направлению потока,
равен
где - коэффициент теплопроводности. Знак «-» означает, что поток тепла направлен в сторону убывания температуры:

Найдем коэффициент теплопроводности .
Рассмотрим поток тепла через площадку единичной площади, расположенную перпендикуляр-но к направлению потока, за единицу времени.

x. В интер-валах и
энергия

не меняется, так там нет столкновений.
Количество энергии (тепла), переносимого через ед. площадку за одну секунду:
, где
- поток молекул, - энергия одной молекулы.

удельная теплоемкость, то
где - масса одной молекулы.
Тогда

вывод, что
не зависит от давления (р). Однако это справедли-во, когда . - расстояние между пластинами с разной температурой. Если (термос, сосуд Дьюара), .

которому выравниваются скорости движения различных слоев газа. В природе это приводит к стиханию бурь, смерчей, торнадо.

Пусть в покоящемся газе вдоль оси х движется пластинка со скоростью , причём
( – средняя скорость теплового движения молекул). Пластинка увлекает за собой прилегающий

слой газа, тот увлекает соседний слой и так далее. Весь газ делит- ся на тонкие слои, скользящие тем медленнее, чем дальше они от движущейся пластинки. Вторая пластинка неподвижна.

в газе.

Каждая молекула газа в слое принимает участие в двух движениях: тепловом (хаотическом) и

направленном (упорядоченном). Так как направление теплового движения хаотически меняется, то в среднем вектор тепловой скорости равен нулю. При направленном движении все молекулы в слое будут дрейфовать с постоянной для слоя скоростью .

слоя

Но так как молекулы участвуют в тепловом движении, они будут переходить из слоя в слой. При этом они будут переносить с собой импульс упорядоченного движения, что будет приводить к изменению импульсов обоих слоев. В примере на рисунке при переходе молекул из слоя 1 в слой 2 суммарный импульс упорядоченного движения слоя 2 уменьшается так как Переход молекул из слоя 2 в слой 1 приводит к увеличению суммарного импульса упорядоченного движения слоя 1.

запишем математически:
,
По 2-ому закону Ньютона . Следовательно,
; ;

и - силы трения между слоями газа, движущимися с разными скоростями. Отсюда и название – внутреннее трение.

за 1с через площадку единичной площади, перпендикулярную направлению переноса ,
равен:
где
- коэффициент вязкости
- градиент скорости упорядоченного движения
Рассчитаем коэффициент вязкости.

единицу времени:

чертеж повернут на 900

вывод, что
не зависит от давления (р), но зависит от температуры

состоянию термодинамического равновесия, при этом ее энтропия стремится к максимуму (беспорядок и хаос нарастает). На основании этого Клаузиус выдвинул гипотезу о тепловой смерти Вселенной. Но закрытые системы — это идеализация. Все наблюдаемые системы во Вселенной — открытые. Во многих сферах вместо нарастания хаоса мы наблюдаем эволюционные процессы приводящие к упорядочению и усложнению организации. Такие процессы рассматривает термодинамика открытых систем.
Это системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом, энергией или информацией.

от закрытой эта энтропия не накапливается в открытой системе, а выводится в окружающую среду. Использованная энергия рассеива- ется в окружающей среде и взамен ее из среды извлека- ется новая энергия (порядок), способная производить новые структуры. В результате такого взаимодействия система извлекает упорядоченное вещество, энергию или информацию из окружающей среды, одновременно внося туда беспорядок. С поступлением новой энергии, вещества или информации неравновесность в системе возрастает. Прежняя взаимосвязь между элементами системы, которая определяла ее структуру, разрушает- ся. Между элементами системы возникают новые связи, приводящие к кооперативным процессам, то есть к коллективному поведению элементов. Так схемати- чески можно описать процессы самоорганизации.

открытой, потому что закрытая система, в конечном счете, должна прийти в состояние максимального беспорядка, хаоса, дезорганизации;
открытая система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия. Если система расположена вблизи от точки термодинамического равновесия, то со временем она неизбежно приблизится к ней и, в конце концов, придет в состояние полного хаоса;
фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение порядка через флуктуации. Флуктуации или случайные отклонения системы от