Термодинамические потоки. Явление переноса в газах: диффузия, теплопроводность и вязкость. Эффузия в разреженном газе. Вакуум

Июль 22, 2022

Главная
Физика
Термодинамические потоки. Явление переноса в газах: диффузия, теплопроводность и вязкость. Эффузия в разреженном газе. Вакуум

Содержание

2. Потоки: Вещества – диффузия Теловой энергии – теплопроводность Импульса – внутреннее трение (вязкость) При отклонении параметров
3. ТД потоки восстанавливают равновесие. Диффузия - процесс самопроизвольного выравнивания концентраций веществ в средах (в газах быстрее
4. - коэффициент переноса или кинематический коэффициент. Знак минус говорит о том, что поток направлен в сторону
5. Общее уравнение переноса Для частиц А.С. Чуев 2020 г.
6. Так как: то Плотность потока: Поток: А.С. Чуев 2020 г.
7. Пояснение таблиц далее А.С. Чуев 2020 г.
8. А.С. Чуев 2020 г.
9. Диффузия от латинского diffusio – распространение, растекание − взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга, вследствие
10. Градиент концентрации, в общем случае равен Диффузия - процесс выравнивания концентрации различных частиц А.С. Чуев 2020
11. в общем случае (в трёхмерной системе) уравнение Фика. Из уравнения Фика видно, что диффузионный поток, направлен
12. Коэффициент диффузии D численно равен диффузионному потоку через единицу площади в единицу времени при Измеряется коэффициент
13. Динамическая вязкость газов. Внутреннее трение. А.С. Чуев 2020 г.
14. А.С. Чуев 2020 г.
15. Закон вязкости был открыт И. Ньютоном в 1687 г. Тогда разность А.С. Чуев 2020 г.
16. Движение слоев вертикальное А.С. Чуев 2020 г.
17. Плотность потока импульса А.С. Чуев 2020 г.
18. Уравнение Бернулли Коэффициент диффузии D = проницаемость А.С. Чуев 2020 г.
19. А.С. Чуев 2020 г.
20. А.С. Чуев 2020 г. Производство энтропии по размерности = давлению
21. Теплопроводность газов А.С. Чуев 2020 г.
22. – Это уравнение теплопроводности Ж.Фурье. Здесь Q – тепловой поток; χ – коэффициент теплопроводности, равный: А.С.
23. или Уравнение Фурье для теплопроводности. Коэффициент теплопроводности: А.С. Чуев 2020 г.
24. Зависимость коэффициентов переноса от давления Р Так как скорость теплового движения молекул и не зависит от
25. С ростом давления λ уменьшается и затрудняется диффузия ( ). В вакууме и при обычных давлениях
26. На рисунке показаны зависимости коэффициентов переноса и λ от давления Р. Эти зависимости широко используют в
27. А.С. Чуев 2020 г.
28. Молекулярное течение. Эффузия газов Молекулярное течение – течение газов в условиях высокого вакуума, то есть когда
29. В вакууме происходит передача импульса непосредственно стенкам сосуда, то есть, происходит трение газа о стенки сосуда.
30. Стационарное состояние разряженного газа, находящегося в двух сосудах, соединенных узкой трубкой, возможно при условии равенства встречных
31. Когда стенки сосуда имеют разную температуру Две стенки движутся в ультразреженном газе с разными скоростями относительно
32. Более подробное пояснение А.С. Чуев 2020 г.
33. Тривиальный вывод: в вакууме теплопроводность газа ниже - термосы А.С. Чуев 2020 г.
34. Два газа начинают смешиваться при разных температурах Обычное состояние: плотности газов в обеих частях сосуда будут
35. Тепловая эффузия А.С. Чуев 2020 г.
36. Имеются два разных газа в разных частях сосуда с перегородкой. Температура одинаковая. Начальные давления разные. Открываем
37. Пояснение А.С. Чуев 2020 г.
38. Диффузионный метод разделения изотопов А.С. Чуев 2020 г.
39. Физический вакуум Газ называется разреженным, если его плотность столь мала, что средняя длина свободного пробега молекул
41. Скачать презентацию

Слайд 2

Потоки:
Вещества – диффузия
Теловой энергии – теплопроводность
Импульса – внутреннее

трение (вязкость)

При отклонении параметров газа от равновесия возникают явления переноса (термодинамические потоки).
Основными явлениями являются внутреннее трение или вязкость, теплопроводность и дифффузия.

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 3

ТД потоки восстанавливают равновесие.
Диффузия - процесс самопроизвольного выравнивания концентраций веществ в

средах (в газах быстрее всего)

Интенсивность потока - количество физической величины, переносимое за 1с через выбранную поверхность

- плотность потока ТД величины G

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 4

- коэффициент переноса или кинематический коэффициент.
Знак минус говорит о том, что

поток направлен в сторону уменьшения величины G по одному направлению:

Перемещение самих потоков - конвекция

Поток:

Плотность потока

Общая формула для плотности потока:

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 5

Общее уравнение переноса
Для частиц
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 6

Так как:
то
Плотность потока:
Поток:
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 7

Пояснение таблиц далее
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 8

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 9

Диффузия от латинского diffusio – распространение, растекание − взаимное проникновение

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.

Диффузия газов

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 10

Градиент концентрации, в общем случае равен
Диффузия - процесс выравнивания

концентрации различных частиц

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 11

в общем случае (в трёхмерной системе) уравнение Фика.
Из уравнения Фика видно,

что диффузионный поток, направлен в сторону уменьшения концентрации.

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 12

Коэффициент диффузии D численно равен диффузионному потоку через единицу площади в

единицу времени при Измеряется коэффициент диффузии D в м2/с.

О физическом смысле коэффициента диффузии

Коэффициент диффузии называют еще кинематической вязкостью

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 13

Динамическая вязкость газов. Внутреннее трение.
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 14

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 15

Закон вязкости был открыт И. Ньютоном в 1687 г.
Тогда

разность

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 16

Движение слоев вертикальное
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 17

Плотность потока импульса
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 18

Уравнение Бернулли
Коэффициент диффузии D = проницаемость
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 19

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 20

А.С. Чуев 2020 г.
Производство энтропии по размерности = давлению

Слайд 21

Теплопроводность газов
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 22

– Это уравнение теплопроводности Ж.Фурье. Здесь Q – тепловой поток;

χ – коэффициент теплопроводности, равный:

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 23

или Уравнение Фурье для теплопроводности. Коэффициент теплопроводности:
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 24

Зависимость коэффициентов переноса от давления Р
Так как скорость теплового движения

молекул и не зависит от давления Р, а коэффициент диффузии D ~ λ , то и зависимость D от Р должна быть подобна зависимости λ(Р).
При обычных давлениях и в разряженных газах
в высоком вакууме D = const.

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 25

С ростом давления λ уменьшается и затрудняется диффузия ( ). В вакууме

и при обычных давлениях отсюда, и С увеличением Р и ρ, повышается число молекул переносящих импульс из слоя в слой, но зато уменьшается расстояние свободного пробега λ. Поэтому, вязкость η и теплопроводность χ, при высоких давлениях, не зависят от Р (η и χ – const). Все эти результаты подтверждены экспериментально (см. след. рис.).

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 26

На рисунке показаны зависимости коэффициентов переноса и λ от давления Р.

Эти зависимости широко используют в технике (например, при измерении вакуума).

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 27

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 28

Молекулярное течение. Эффузия газов
Молекулярное течение – течение газов в

условиях высокого вакуума, то есть когда молекулы почти не сталкиваются друг с другом. Изменения их скорости происходят из-за столкновений со стенкой сосуда.

Течение газа в условиях вакуума через отверстие (под действием разности давлений) называется эффузией газа.

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 29

В вакууме происходит передача импульса непосредственно стенкам сосуда, то есть,

происходит трение газа о стенки сосуда. Трение перестаёт быть внутренним, и понятие вязкости теряет свой прежний смысл (как трение одного слоя газа о другой).

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 30

Стационарное состояние разряженного газа, находящегося в двух сосудах, соединенных узкой трубкой,

возможно при условии равенства встречных потоков частиц, перемещающихся из одного сосуда в другой: где n1 и n2 – число молекул в 1 м3 в обоих сосудах; и – их средние арифметические скорости.

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 31

Когда стенки сосуда
имеют разную температуру
Две стенки движутся в ультразреженном газе

с разными скоростями относительно друг друга

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 32

Более подробное пояснение
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 33

Тривиальный вывод: в вакууме теплопроводность газа ниже - термосы
А.С. Чуев 2020

г.

Слайд 34

Два газа начинают смешиваться при разных температурах
Обычное состояние: плотности газов в

обеих частях сосуда будут разные

p1 = p2

Обычная эффузия

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 35

Тепловая эффузия
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 36

Имеются два разных газа в разных частях сосуда с перегородкой. Температура

одинаковая. Начальные давления разные. Открываем перегородку.

В условиях вакуума давление больше там, где больше температура

За счет больших скоростей у молекул водорода возникают первичные скачки давления.

Условие равновесия

Встречная изотермическая эффузия двух газов в условиях вакуума

А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 37

Пояснение
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 38

Диффузионный метод разделения изотопов
А.С. Чуев 2020 г.

Слайд 39

Физический вакуум
Газ называется разреженным, если его плотность столь мала, что

средняя длина свободного пробега молекул может быть сравнима с линейными размерами l сосуда, в котором находится газ.
Такое состояние газа называется вакуумом.
Различают следующие степени вакуума: сверхвысокий ( ),
высокий ( ),
средний ( ) и низкий вакуум.

А.С. Чуев 2020 г.

Термодинамические потоки. Явление переноса в газах: диффузия, теплопроводность и вязкость. Эффузия в разреженном газе. Вакуум

Содержание

Потоки: Вещества – диффузияТеловой энергии – теплопроводность Импульса – внутреннее

ТД потоки восстанавливают равновесие.Диффузия - процесс самопроизвольного выравнивания концентраций веществ в

- коэффициент переноса или кинематический коэффициент.Знак минус говорит о том, что

Общее уравнение переносаДля частицА.С. Чуев 2020 г.

Так как:тоПлотность потока:Поток:А.С. Чуев 2020 г.

Пояснение таблиц далее А.С. Чуев 2020 г.

А.С. Чуев 2020 г.

Диффузия от латинского diffusio – распространение, растекание − взаимное проникновение

Градиент концентрации, в общем случае равен Диффузия - процесс выравнивания

в общем случае (в трёхмерной системе) уравнение Фика.Из уравнения Фика видно,

Коэффициент диффузии D численно равен диффузионному потоку через единицу площади в

Динамическая вязкость газов. Внутреннее трение. А.С. Чуев 2020 г.

А.С. Чуев 2020 г.

Закон вязкости был открыт И. Ньютоном в 1687 г. Тогда

Движение слоев вертикальное А.С. Чуев 2020 г.

Плотность потока импульсаА.С. Чуев 2020 г.

Уравнение Бернулли Коэффициент диффузии D = проницаемостьА.С. Чуев 2020 г.

А.С. Чуев 2020 г.

А.С. Чуев 2020 г.Производство энтропии по размерности = давлению

Теплопроводность газовА.С. Чуев 2020 г.

– Это уравнение теплопроводности Ж.Фурье. Здесь Q – тепловой поток;

или Уравнение Фурье для теплопроводности. Коэффициент теплопроводности: А.С. Чуев 2020 г.

Зависимость коэффициентов переноса от давления Р Так как скорость теплового движения

С ростом давления λ уменьшается и затрудняется диффузия ( ). В вакууме

На рисунке показаны зависимости коэффициентов переноса и λ от давления Р.

А.С. Чуев 2020 г.

Молекулярное течение. Эффузия газов Молекулярное течение – течение газов в

В вакууме происходит передача импульса непосредственно стенкам сосуда, то есть,

Стационарное состояние разряженного газа, находящегося в двух сосудах, соединенных узкой трубкой,

Когда стенки сосуда имеют разную температуруДве стенки движутся в ультразреженном газе

Более подробное пояснение А.С. Чуев 2020 г.

Тривиальный вывод: в вакууме теплопроводность газа ниже - термосыА.С. Чуев 2020

Два газа начинают смешиваться при разных температурахОбычное состояние: плотности газов в

Тепловая эффузияА.С. Чуев 2020 г.

Имеются два разных газа в разных частях сосуда с перегородкой. Температура

ПояснениеА.С. Чуев 2020 г.

Диффузионный метод разделения изотоповА.С. Чуев 2020 г.

Физический вакуум Газ называется разреженным, если его плотность столь мала, что

Похожие презентации

Потоки:
Вещества – диффузия
Теловой энергии – теплопроводность
Импульса – внутреннее

ТД потоки восстанавливают равновесие.
Диффузия - процесс самопроизвольного выравнивания концентраций веществ в

- коэффициент переноса или кинематический коэффициент.
Знак минус говорит о том, что

Общее уравнение переноса
Для частиц
А.С. Чуев 2020 г.

Так как:
то
Плотность потока:
Поток:
А.С. Чуев 2020 г.

Пояснение таблиц далее
А.С. Чуев 2020 г.

Градиент концентрации, в общем случае равен
Диффузия - процесс выравнивания

в общем случае (в трёхмерной системе) уравнение Фика.
Из уравнения Фика видно,

Динамическая вязкость газов. Внутреннее трение.
А.С. Чуев 2020 г.

Закон вязкости был открыт И. Ньютоном в 1687 г.
Тогда

Движение слоев вертикальное
А.С. Чуев 2020 г.

Плотность потока импульса
А.С. Чуев 2020 г.

Уравнение Бернулли
Коэффициент диффузии D = проницаемость
А.С. Чуев 2020 г.

А.С. Чуев 2020 г.
Производство энтропии по размерности = давлению

Теплопроводность газов
А.С. Чуев 2020 г.

или Уравнение Фурье для теплопроводности. Коэффициент теплопроводности:
А.С. Чуев 2020 г.

Зависимость коэффициентов переноса от давления Р
Так как скорость теплового движения

Молекулярное течение. Эффузия газов
Молекулярное течение – течение газов в

Когда стенки сосуда
имеют разную температуру
Две стенки движутся в ультразреженном газе

Более подробное пояснение
А.С. Чуев 2020 г.

Тривиальный вывод: в вакууме теплопроводность газа ниже - термосы
А.С. Чуев 2020

Два газа начинают смешиваться при разных температурах
Обычное состояние: плотности газов в

Тепловая эффузия
А.С. Чуев 2020 г.

Пояснение
А.С. Чуев 2020 г.

Диффузионный метод разделения изотопов
А.С. Чуев 2020 г.

Физический вакуум
Газ называется разреженным, если его плотность столь мала, что