Вязкость (внутреннее трение).
При движении соседних слоев газа с различными скоростями между ними возникает сопротивление перемещению, или т.н. силы внутреннего трения. Причиной этого явления, называемого вязкостью (или внутренним трением), является наложение упорядоченного движения слоев газа с различными скоростями и теплового хаотического движения молекул со скоростями, зависящими от температуры. При этом происходит перенос импульса упорядоченного движения молекул из одного слоя в другой. Еще Ньютон показал, что при небольших скоростях течения сила внутреннего трения между слоями, рассчитанная для элементарной площадки S: , (1)
где u -скорость упорядоченного движения, –градиент скорости (вектор, направленный в сторону возрастания скорости), h– коэффициент пропорциональности, названный коэффициентом внутреннего трения (коэффициентом вязкости). Он численно равен импульсу, переносимому в единицу времени через единичную площадку при единичном градиенте скорости. С помощью элементарной кинетической теорией можно рассчитать h: [h ]=Па с
Зависимость коэффициента вязкости от внешних параметров: r ~ n ~ p/T, l ~ 1/n ~ Т/р; `v~ Þ h ~ .
Теплопроводность– это выравнивание температуры за счет переноса молекулами энергии между частями вещества, которые первоначально имели различную температуру. Причина этого явления в том, что хаотическое тепловое движение молекул газа, имеющих различные скорости, а, следовательно, и различные средние кинетические энергии, приводит к направленному переносу энергии в форме теплоты. Количество теплоты, переносимое через элементарную площадку в направлении нормали к этой площадке, выражается законом Фурье:
, (2)
где Т – абсолютная температура, – градиент температуры (вектор, направленный в сторону убывания температуры), k - коэффициент теплопроводности, численно равный количеству теплоты. переносимому в единицу времени через единичную площадку при единичном градиенте температуры. С помощью молекулярно-кинетической теорией можно рассчитать k: . [k ]=Вт/м К
Связь коэффициентов вязкости, теплопроводности и диффузии: h=r D, k=cVh= cVr D
Так как h , cV~1/m0 , то k ~ .
k не зависит от давления. При известных cV и r по одному из коэффициентов находят остальные.
Итак, по известным коэффициентам переноса можно найти важнейшие характеристики газа - длину свободного пробега молекул и эффективный их диаметр.
Дата добавления: 2016-10-26; просмотров: 1309;