Конспект лекций_ФИЗИКА_1сем (1175197), страница 17

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 17)

Благодаря хаотическому движению,молекулы в соседних слоях будут перемешиваться и их средние энергии будутвыравниваться. Происходит перенос энергии от более нагретых слоев к болеехолодным телам. Этот процесс называется теплопроводностью. Поток теплапропорционален градиенту температуры:.•(1.3.103)(1.3.104)В состоянии равновесия в среде, содержащей заряженные частицы, потенциалэлектрического поля в каждой точке соответствует минимуму энергии системы.При наложении внешнего электрического поля возникает неравновесное движениеэлектрических зарядов в таком направлении, чтобы минимизировать энергиюсистемы в новых условиях. Связанный с этим движением перенос электрическогозаряда называется электропроводностью, а само направленное движение зарядов- электрическим током.В процессе диффузии при теплопроводности и электропроводности происходит переносвещества, а при внутреннем трении – перенос энергии.

В основе этих явлений лежит одини тот же механизм – хаотическое движение молекул. Общность механизма,обуславливающего все эти явления переноса, приводит к тому, что их закономерностидолжны быть похожи друг на друга.1.3.26. Число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул вгазахОбозначим – длина свободного пробега молекулы.115Медленность явлений переноса, например диффузии ароматических веществ –«распространение запаха», - при относительно высокой скорости теплового движениямолекул (103 м/с) объясняется столкновениями молекул.

Молекула газа время от временисталкивается с другими молекулами. В момент столкновения молекула резко изменяетвеличину и направление скорости своего движения. Расстояние, проходимое молекулой всреднем без столкновений, называется средней длиной свободного пробега. Средняядлина свободного пробега равна:где– средняя скорость теплового движения, τ – среднее время между двумястолкновениями. Именно- средняя длина свободного пробега нас интересует (рис.1.3.30).Рис. 1.3.30Модель идеального газа – твёрдые шарики одного диаметра, взаимодействующие междусобой только при столкновении.

Обозначим σ – эффективное сечение молекулы, т.е.полное поперечное сечение рассеяния, характеризующее столкновение между двумямолекулами (рис. 1.3.31).Рис. 1.3.31– площадь, в которую не может проникнуть центр любой другой молекулы. Здесь– диаметр молекулы.116За одну секунду молекула проходит путь, равный средней арифметической скорости. За ту же секунду молекула претерпевает ν столкновений.

Следовательно,1.3.105Подсчитаем число столкновений ν.Вероятность столкновения трех и более молекул бесконечно мала.Предположим, что все молекулы застыли, кроме одной. Её траектория будетпредставлять собой ломаную линию. Столкновения будут только с теми молекулами,центры которых лежат внутри цилиндра радиусом d (рис. 1.3.32).Рис. 1.3.32.Путь, который пройдет молекула за одну секунду, равен длине цилиндра.Умножим объём цилиндрана число молекул в единице объёма n, получимсреднее число столкновений в одну секунду:1.3.105На самом деле, все молекулы движутся (и в сторону, и навстречу друг другу), поэтомучисло соударений определяется средней скоростью движения молекул относительно другдруга.По закону сложения случайных величин(1.3.105)А так как средняя длина свободного пробегато получим:(1.3.106)Уравнение состояния идеального газа позволяет нам выразить n через давление P итермодинамическую температуру Т.Так как, то естьто(31.3.107)117Таким образом, при заданной температуре средняя длина свободного пробега обратнопропорциональна давлению Р:Например, при d = 3 Å = 3×10-10 м, Р = 1 атм., Т = 300 К,т.к., тоа,столкновений.118.

Характеристики

Список файлов учебной работы