Мкт газів
Тиск газу з погляду МКТ: Тоді тиск газу, що чиниться їм на стінку судини
Середня кінетична енергія поступального руху :
Середня квадратична швидкість :
Молекулярно-кінетичний сенс температури:основне рівняння МКТ встановлює зв'язок макропараметрів з мікропараметрами. Але окремо їх вирахувати не можна. Потрібні виміри ще однієї величини: Ек, n, с. Ломоносов встановив лінійну швидкість частинок, що з температурою. Властивості Т: однаковість для всіх частин ізольованої системи, що знаходиться в термодинамічній рівновазі; Т – міра поступального руху молекул.
Мікроскопічні параметривизначають рух окремих молекул, що входять до системи. До них відносяться маса молекули, її швидкість, імпульс, кінетична енергія.
Флуктуація –термін, що характеризує будь-яке коливання або будь-яку періодичну зміну. Вона викликається числовим рухом частинок чи квантово-механічним характером. Навіть за Т=0К сущ. нульова енергія.
Розподіл Максвелла :
Розподіл Больцмана :
Барометрична формула :
ЯВИ ПЕРЕНОСУ В ТЕРМОДИНАМІЧНО НЕРАВНОВЕСНИХ СИСТЕМАХ
Поняття про фізичну кінетику.
Фізична кінетика - мікроскопічна теорія процесів у нерівноважних середовищах. У кінетиці методами квантової чи класичної статистичної фізики вивчають процеси перенесення енергії, імпульсу, заряду та речовини у різних фізичних системах (газах, плазмі, рідинах, твердих тілах) та вплив на них зовнішніх полів. На відміну від термодинаміки нерівноважних процесів і електродинаміки суцільних середовищ, кінетика виходить з уявлення про молекулярну будову середовищ, що дозволяє, що дозволяєобчислити з перших принципів кінетичні коефіцієнти, діелектричні та магнітні проникності та інші характеристики суцільних середовищ. Фізична кінетика включає в себе кінетичну теорію газів з нейтральних атомів або молекул, статистичну теорію нерівноважних процесів у плазмі, теорію явищ переносу в твердих тілах (діелектриках, металах і напівпровідниках) і рідинах, кінетику магнітних процесів і теорію через речовину. До неї ж належать теорія процесів перенесення в квантових рідинах та надпровідниках та кінетика фазових переходів.
Середня кількість зіткнень і середня довжина пробігу молекул.
Позначимо – довжина вільного пробігу молекули. Повільність явищ переносу, наприклад дифузії ароматичних речовин – «поширення запаху», - за відносно високої швидкості теплового руху молекул (10 3 м/с) пояснюється зіткненнями молекул. Молекула газу іноді стикається з іншими молекулами. У момент зіткнення молекула різко змінює величину та напрямок швидкості свого руху. Відстань, що проходить молекулою в середньому без зіткнень, називаєтьсясередньою довжиною вільного пробігу. Середня довжина вільного пробігу дорівнює:
де - середня швидкість теплового руху, - середній час між двома зіткненнями.
Час релаксації - період часу, за який амплітудне значення обурення у виведеній з рівноваги фізичній системі зменшується в e раз, позначається грецькою буквою τ. Згідно з принципом Ле Шательє - Брауна, при відхиленні фізичної системи від стану стійкої рівноваги виникають сили, які намагаються повернути систему до рівноважного стану. Якщо стан рівноваги деяка фізична величина f маєзначення, причому відхилення від рівноваги, то першому наближенні вважатимуться, що це сили пропорційні відхилення. Кінетичне рівняння для величини f запишеться у вигляді
де λ - деякий параметр, а знак мінус вказує на те, що реакція системи на обурення призводить до повернення до рівноважного стану
Час релаксації
Явлення перенесення в термодинамічно нерівноважних системах У термодинамічно нерівноважних системах виникають особливі незворотні процеси, званіявищами переносу, в результаті яких відбувається просторове перенесення енергії, маси, імпульсу. До явищ переносу відносятьсятеплопровідність,дифузія тавнутрішнє тертя.
загальне рівняння перенесення.
Вакуум - простір, вільний від речовини. У техніці та прикладній фізиці під вакуумом розуміють середовище, що містить газ при тиску значно нижче за атмосферне. Вакуум характеризується співвідношенням між довжиною вільного пробігу молекул газу і характерним розміром середовища d. Під d може прийматися відстань між стінками вакуумної камери діаметр вакуумного трубопроводу. Залежно від величини співвідношення λ/d розрізняють низький (), середній () та високий () вакуум.
Дослідні закони теплопровідності, дифузії та внутрішнього тертя (в'язкості) та їх пояснення з точки зору молекулярно-кінетичної теорії.
У режимі, що встановився, щільність потоку енергії, що передається за допомогою теплопровідності, пропорційна градієнту температури:
де - Вектор щільності теплового потоку - кількість енергії, що проходить в одиницю часу через одиницю площі, перпендикулярної кожної осі,-коефіцієнт теплопровідності (питома теплопровідність), - температура. Мінус у правій частині показує, що тепловий потікспрямований протилежно вектору grad T (тобто у бік якнайшвидшого зменшення температури). Цей вираз відомий якзакон теплопровідностіФур'є. [1]
В інтегральній формі цей вираз запишеться так (якщо йдеться про стаціонарний потік тепла від однієї грані паралелепіпедак інший):
де - повна потужність теплових втрат, - площа перетину паралелепіпеда, - перепад температур граней, - довжина паралелепіпеда, тобто відстань між гранями.
Закон в'язкості (внутрішнього тертя)Ньютона— математичний вираз, що зв'язує дотичну напругу внутрішнього тертя (в'язкість) і зміну швидкості середовища в просторі (швидкість деформації) для текучих тіл (рідин і газів):
де величина називається коефіцієнтом внутрішнього тертя або коефіцієнтом динамічної в'язкості (одиниця СГС-пуаз); з фізичної точки зору вона є питомою силою тертя при градієнті швидкості, що дорівнює одиниці.
Дифузія речовин через тканини описується законом Фіка, згідно з яким швидкість перенесення газу через шар тканини прямо пропорційна площі цього шару і різниці парціального тиску газу по обидві його сторони і пропорційна назад товщині шару. Площа альвеолярно-капілярного бар'єру в легенях величезна (50-100 м 2 ), а товщина його менше 0,5 мкм, тобто за своїми розмірами він чудово підходить для дифузії.