Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Диффузия в газах

Диффузия -- это ещё один пример явлений переноса. Пусть газ состоит из молекул разного сорта с концентрациями n1 и n2.

Давление газа, а вместе с ним и суммарная концентрация его молекул при неизменной температуре одинаковы во всех точках: n=n1+n1=p/(kT)=const.
Но концентрации молекул каждого сорта могут меняться от точки к точке, система неравновесна, и возникают потоки молекул с плотностью , выравнивающие эти концентрации.

Введём величину удельной концентрации , отнесённой к одной молекуле. Подставляя ai в выражение для плотности потока , получаем  - это число молекул i- го сорта, пересекающих единичную площадку за единицу времени (в направлении от точки с большей концентрацией к точке с меньшей концентрацией ni).

Уравнение  называется законом Фика, где величина коэффициента диффузии Di зависит от свойств среды.

Полученное выше для газов выражение  является коэффициентом самодиффузии. Оно соответствует случаю, когда молекулы разных сортов практически не отличаются друг от друга, т.е. имеют одинаковые эффективные сечения s и массы m.

Самодиффузия -- это перенос каким-либо образом выделенных молекул в среде из таких же молекул. В действительности молекулы разных сортов имеют различные размеры, массы и коэффициенты самодиффузии . Поэтому поток лёгких молекул будет превышать поток тяжёлых молекул, и давление начнёт расти в области с большей концентрацией тяжёлых молекул. Возникающая разность давлений приведёт к появлению конвекционного (гидродинамического) потока, который будет выравнивать давление. Происходит совместное движение всех молекул газа со скоростью конвекции  в область с меньшим давлением (ветер).

Результирующая плотность потока молекул i - го сорта (она является суммой диффузионного и конвекционного потоков) будет  или  - это закон Фика длявзаимной диффузии, т.е. диффузии в среде из молекул разного сорта. Коэффициент взаимной диффузии Dвз имеет вид:  и одинаков для молекул обоих сортов.

Как и все явления переноса, диффузия - это процесс установления равновесия в термодинамической системе. Важно оценить время установления равновесия, т.е. время релаксации системы.

Время релаксации t определяется размером x=L области, в которой происходит диффузия, а также величиной коэффициента диффузии D.

Дата публикации:2012-10-16

Просмотров:1629

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.