1.2.4 pernesimo reiskiniai ir realiosios dujos (fizika.ktu.2009)

8/7/2019 1.2.4 Pernesimo reiskiniai ir realiosios dujos (Fizika.KTU.2009)

1/16

Perneimo reikiniai

Perneimo reikiniais vadiname nepusiausvyrose sistemose vykstanius atitinkamo

fizikinio dydio perneimu i vieno erdvs tako kit.

Perneami fizikiniai dydiai gali bti vairs: mas, mediagos kiekis, energija, judesiokiekis ar kt.

Visi perneimo reikiniai yra nepusiausvyrieji, vadinasi negrtamieji.

Todl vykstant perneimo reikiniams sistema pereidinja didesns pusiausvyrosbsen, t.y. jos entropija S siekia padidti iki maksimumo.

Apraant perneimo reikinius naudojami suvidurkinti makroskopiniai dydiai mediagos tankis, temperatra, komponeni koncentracijair t.t.

Nors juos galima aprayti ir mikroskopikai.

Bendruoju atveju iuose reikiniuose nagrinjamas atitinkamo dydio pasiskirstymaserdvje ir to dydio kitimas erdvje ir laike.

Toki makroskopini dydi pasiskirstym erdvje apibdiname j gradientais, kurisnusako to dydio netolygum erdvje.


2/16

Perneimo reikiniai

Perneimo reikin kiekybikai apibdiname perneamojo dydio kinetiniu srautu.

Fizikinio dydio kinetiniu srautu, praeinaniu pro bet kok sivaizduojam paviri,vadiname dyd, skaitine verte lyg pro t paviri pernetam per laiko vienet fizikiniodydio vienetui.

Fizikinis dydis visuomet perneamas prieinga jo gradientui kryptimi, todl kinetin

sraut laikome neigiamu.

Taigi visiems perneimo reikiniams bdinga tai, kad termodinaminje sistemoje yravieno ar kito fizikinio dydio gradientas, dl kurio susidaro tam tikro dydio kinetinissrautas.

Kinetinis srautas gali susidaryti dl fizikinio dydio netolygaus pasiskirstymoerdvje (molekuli koncentracijos, temperatros gradiento) arba dl iorini jgpoveikio.


3/16

Perneimo reikiniai - difuzija

Mediagos sklidimas dl jos daleli chaotikojo judjimo vadinamas difuzija.

Kai molekuls difunduoja skirtingas mediagas, vyksta koncentracin molekulindifuzija.


4/16


Paimkime dvikomponent duj ar skysi

miin, kuris yra tik susilietes ir kuriame vienoskomponents koncentracija n yra labai maa,lyginant su antrosios komponents koncentracija.

Pirmj komponent pavadinkime priedine,o antrj pagrindine.

Tarkime priedins komponents koncentracija n, o kartu ir jos dalinis tankis r,didja iilgai x aies.

Ivestins , kurios apibdina j erdvinio kitimo spart, yra i dydi

gradientai.

Tokia bsena yra nepusiausvyroji, todl susidaro priedins komponents molekulisrautas, nukreiptas dalinio tankio majimo kryptimi. Jis vadinamas difuziniu srautu.

dx

d

dx

dn ,


5/16


Per laiko tarp dt pro sivaizduojamo paviriaus

plot dS aies Ox neigiama kryptimi pernet ioskomponents mas paymkime dm.

Tuomet mass difuzin sraut

nusako empirinis Fiko dsnis: mass difuzinis srautas, praeinantis pro sivaizduojamopaviriaus plot dS, tiesiogiai proporcingas io ploto ir dalinio tankio gradientosandaugai:

jei plotas 1 m2 ir srautas jame tolygus tai :

Joje esantis proporcingumo koeficientas D vadinamas difuzijos koeficientu, kurispriklauso nuo mediagos tipo, temperatros ir agregatins bsenos.

Minuso enklas raytas todl, kad priedins komponents mas perneama vektoriuigrad prieinga kryptimi.

Difuzija vyksta iki tol, kol egzistuoja priedins komponents molekuli koncentracijosgradientas.

dt

dmd m =

dSdx

dDd m

=

dx

dnDm =


6/16


Spariausiai difuzija vyksta dujose, liausiai kietuosiuose knuose.

Ji vyksta ir gyvojoje gamtoje.

Augalui reikalingos mediagos aknimis kyla auktyn, o nereikaling ar alingmediag koncentracijos aknies paviriuje ir jos iorje beveik vienodos ir todl jdifuzijos srautas per aknies sienel artimas nuliui.

Analogikai itirpusios maisto mediagos per arn sieneles difunduoja krauj.

Difuzijos bdu atskiriami skirting mediag atomai.io proceso metu sudaromas temperatros gradientas, kurio metu sunkesni atomaidifunduoja maesns temperatros link vadinama termodifuzija.

Difuziniais procesais gerinamos metal ir j lydini mechanins ir chemins savybs.

Difuzijos gali ne tik neutralios mediagos dalels, bet ir krvininkai.

Pavyzdiui, priemaiiniu puslaidininki pn sandros skirtingose pusse yra skirtinga,laisvj elektron difuzinis srautas link p tipo puslaidininkio, o skyli prieingakryptimi.


7/16

Perneimo reikiniai duj klampa

Knai, juddami erdvje, kurioje yra dujos, panaiai, kaip ir skysiai, patiria vidin

trint arba klamp.i klampa atsiranda dl gretim sluoksni skirting greii vidins trinties jgos F.

i, lygiagreiai sluoksniams veikianti jga, greitesnj sluoksn stabdo, o ltesngreitina.

Kaip ir skysiams, ji ireikiama:

Dydis yra duj dinamins klampos koeficientas, priklausantis nuo:

1. Esant slgiams artimiems atmosferiniam nuo temperatros T~,2. Esant slgiams artimiems vakuumui nuo slgio p~.

- duj sluoksni tekjimo greiio modulis.

dSdx

udFd

=

dx

ud

vl3

1=


8/16

Perneimo reikiniai duj klampa

Neirint to, kad skysiams ir dujoms klampos jgos dsnis yra vienodas, jo prigimtis

skirtinga.Kadangi molekuls dujose juda chaotikai ir tarkim laisvai, tai jose sveikauja nesluoksniai, kaip skysiuose, bet pai molekuli perjimas i vieno sluoksnio kit.

Kadangi molekuls i vieno sluoksnio kit pereina, turdamos didesn ar maesn

judesio kiek nei sluoksnis, tai vyksta vadinama judesio kiekio pernaa arba judesiokiekio srautas, kuris yra statmenas sluoksni judjimo krypiai.

Knas juddamas dujose suteikia molekulms,su kuriomis jis lieiasi judesio kiek, kuriovektorius turi dvi komponentes iilgin ir

statmen kno judjimo greiio vektoriui.

Dl to molekuls pereidinja i su didesniugreiiu judani sluoksni maesniu greiiujudanius sluoksnius ir juos greitina iratvirkiai.


9/16

Perneimo reikiniai ilumos laidumas

Savaiminis ir negrtamasis ilumos kiekio perneimas i vieno kno kit arba tame

paiame kne i vienos vietos kit vadinamas ilumos mainais.Yra trys ilumos main bdai: konvekcinis, spinduliavimo ir laidumo.

iluminio laidumo reikinio esm nuolat susidurdamos duj molekuls perduodasavo kinetin energij ir todl kartos ltja, o altos greitja.

Tokiam ilumos perneimui ilumos pavidalu galioja J. Furj ilumos laidumo dsnis:Per laiko vienet pro temperatros gradiento krypiai statmeno sivaizduojamopaviriaus plot dS perneama iluminio judjimo energija (energijos srautas) yratiesiogiai proporcinga temperatros gradiento ir ploto sandaugai.

trumpiau: ilumos srauto tankis proporcingas temperatros gradientui, t.y.

jei plotas 1 m2 ir srautas jame tolygus tai :dSdx

dTd Q =

dx

dTQ =


10/16

Perneimo reikiniai ilumos laidumas

Molekulin kinetin duj teorija rodo, kad iluminio judjimo energijos srautas yra

lygus: palygin j su:

gauname ilumos laidumo koeficiento reikm:

Kuri priklauso:

1. Esant slgiams artimiems atmosferiniam tik nuo temperatros T~,2. Esant maiems slgiams (vakuumo bsenai) nuo slgio arba sandaugos,3. Taip pat nuo duj tipo cv.

Taikant antr priklausomyb iluminio laidumo valdymas naudojamas stiklo paketuose,termosuose, Diuaro induose ir kt.

i ind sienels yra dvigubos.

Tarp j oras yra labai iretintas, todl tokio indo ilumos laidumas yra labai maas.

dSdx

dTd Q =dSdx

dTvlcd vQ 3

1=

vlcv3

1=


11/16

Realiosios dujos

Nagrindami duj elgsen molekulins kinetins teorijos poiriu, dujas laikme

idealiosiomis, t.y. nepaisme sveikos tarp j.

I tikro toks apraymas yra supaprastinto ar priartjimo poirio darinys.

Realios dujos be prie tai aprayt j molekuli dinamini-chaotik savybi, pasiymiir sveika tarpusavyje.

ios sveikos dka kinta duj molekuli potencin energija ir energijos apsikeitimmechanizmai, dl ko atsiranda nukrypimai nuo idealij duj dsni,

tiriant realias dujas.

ios sveikos rys yra elektromagnetins ir kvantins prigimties.


12/16

Realiosios dujos

Molekuli sveikos sferos spindulys, t.y.

atstumas kuriame pasireikia sveika yraeils dydis.

Sveikos jgos yra traukos,kai molekuli tarpusavio atstumas:

ir stmos, kai tas atstumas:

Abi jgos yravienalaiks,todl j atstojamoji:

Kai atstumas yra , atstojamosios jgos modulis .

i pusiausviroji bsena yra trumpalaik, nes molekuli iluminis judjimas j suardo.

0rr>

0rr

1.2.4 pernesimo reiskiniai ir realiosios dujos (fizika.ktu.2009)

Documents