Диффузия в газах

1. Явление диффузии в газах
2. Процесс перемещения в газах
3. Вакуум и разрежение газов

Диффузией молекул газа является процесс перемещения частичек вещества, обусловленный беспорядочным движением его молекул. Процесс диффузии осуществляется за счет разности концентрации вещества в разных точках занимаемого объема, результатом диффузии является равномерное распределение вещества по всему предоставленному объему.

Явление диффузии может наблюдаться в жидкостях, газах и твердых телах. Диффузия в газах является самым быстрым процессом, а в твердых телах – самым длительным. Такая разница существует из-за особенностей структуры вещества и свойств его молекул. Обычно явление диффузии рассматривается как проникновение одного вещества в другое, для газов это явление взаимопроникновения.

Явление диффузии в газах

Для любого необратимого процесса характерно воздействие внешних факторов на физическую систему. При таких условиях состояние физической системы выводится из состояния равновесия. Как известно, любая система стремится к равновесию.

Такие явления движения молекул представляют собой необратимый самопроизвольный процесс, сопровождающийся тепловым движением вследствие вывода системы из равновесия. Таким образом формируются потоки диффузии и импульса. Здесь играют роль два свойства импульса: его направление и направление перемещения импульса.

Согласно абсолютным значениям, любой поток будет равнозначен массе вещества, его внутренней энергии (теплопроводности) и его импульсу (вязкости). Глубокий молекулярно-кинетический анализ подобных процессов перемещения очень сложный из-за беспорядочного движения молекул и нарушения состояния физического равновесия. Это способствует отклонению распределения молекул в соответствии со скоростями Максвелла.

Процесс диффузии газов происходит таким образом. Диффузия характеризуется взаимопроникновением и перемешиванием молекул двух или более взаимодействующих физических систем. Самодиффузия происходит при смешивании молекул одного вещества, в газовой смеси диффузия происходит из-за разницы концентраций каждого из газов, составляющих смесь.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

В процессе диффузии происходит перемещение частиц из точки с большой концентрацией в точку с небольшой. Перемещение массы вещества во процессе диффузии описывается законом Фика:

\(m=-DSt {dp\over dx}\),

где \(m\) – масса газа;
      \(D\) – коэффициент диффузии;
      \( {dp\over dx}\) – градиент плотности газа по оси x;
      \(S\) – некоторая площадь, находящаяся перпендикулярно направлению перемещения массы;
      \(t\) – время перемещения.

Во время диффузии газов вещество перемещается в сторону уменьшения плотности газа. Согласно молекулярно-кинетической теории, коэффициент диффузии показывает скорость перемещения молекул и определяется следующим выражением:

\(D=uλ {1\over 3}\) ,

где \(u\) – среднеарифметическая скорость молекул;
       \(λ\) – средняя длина свободного перемещения молекул.

Если ввести понятие вектора плотности тока диффундирующих частиц\( j_D\), закон Фика примет следующий вид:

\(j_D=-Dgrad n_0\) ,

где \(n_0\) – концентрация частиц газа.

Процесс перемещения в газах

Необратимые процессы, которые возникают в термодинамических неравномерных системах, называются явлениями перемещения. К ним относятся диффузия (перемещения массы), теплопроводность (перемещение тепла) и вязкость (перемещение импульса).

В процессе повышения температуры диффузия газов значительно ускоряется, а при росте давления наоборот замедляется. При этом диффузия тяжелых молекул происходит медленнее, чем более легких.

Вязкость имеет место во время трения при параллельном движении слоев газа или жидкости с разными по значению скоростями.

В процессе перемещения любого тела в жидкости или газе во время его взаимодействия с молекулами оно передает им импульс. Точно так же и тело получает от молекул импульс противоположного направления. В подобном случае имеет место ускорение газа и замедление тела под действием сил трения. Такая же сила возникает при движении двух соприкасающихся газов, которые распространяются с разной скоростью.

Причиной внутреннего трения газов является перемещение импульса между слоями. Сила трения при этом пропорциональна градиенту скорости согласно закону Ньютона:

\(f=-n {d_v \over d_x}\)  ,

где \(n\) – коэффициент динамической вязкости, который зависит от плотности газа.

Этот коэффициент показывает значение импульса, перемещаемого за единицу времени сквозь единицу площади при единичном градиенте скорости. Коэффициент динамической вязкости газов не зависим от давления, но зависим от температуры.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Теплопроводность описывает перемещение внутренней энергии между газовыми слоями. При возникновении разницы температур между двумя соседними слоями газа, начинается теплообмен.
Благодаря беспорядочному движению молекул в смежных слоях происходит выравнивание их внутренних энергий. В итоге будет наблюдаться энергетическое перемещение от теплых слоев к менее нагретым. Согласно закону Фурье тепловой поток \(q\) будет пропорционален градиенту температуры и рассчитывается по формуле:

\(q=-λ{dT \over dx}\).

Вакуум и разрежение газов

Разреженный газ – это такой газ, плотность которого на столько мала, что средняя длина перемещения молекул  \(λ\) равна линейным размерам сосуда, в котором находится газ. Такое состояние газа является вакуумом.

Различают несколько степеней вакуума:
    низкая (\(λ<1\));
    средняя (\(λ=1\));
    высокая (\(λ>1\));
    сверхвысокая (\(λ≫1\)).

Разреженные и не разреженные газы отличаются своими характеристиками. При откачивании газа из сосуда будет уменьшаться давление, при этом число столкновений молекул за единицу времени будет уменьшаться, следствием чего будет увеличиваться длина перемещения молекул.

Создание вакуума имеет огромное значение в сфере науки и техники. Вакуум применяется в большинстве сегодняшних электронных приборах, комплектующие которых просто невозможно создать без вакуума.