Реферати українською » Биология и химия » Явища перенесення в рідинах


Реферат Явища перенесення в рідинах

Курсова робота на задану тему:

Выполнил: студент 1 курсу Злобін Д.

Тюменский державний університет.

Тюмень 2008г.

Запровадження.

Ми розглядали лише властивості газів i твердих тіл і обговорювали властивості рідин. Рідке стан значно складніше піддається теоретичної трактуванні проти газовим і твердим. Це залежить від того, що стану (тверде й на газову) є граничними будь-кого речовини за досить низьких (чи високих) температурах і високих (чи низьких) тисках.

Рідке стан є проміжним за своєю природою. Природно, що майже критичної позначки рідина близька як газу, а за нормальної температури, близька до температурі плавлення, - до твердого тілу.

Ця обставина призводить до відсутності "ідеальної моделі" рідини. Для газу вважають ідеальний газ, для твердого тіла - ідеальний кристал. І теорії реальних газів, і теорія твердих тіл будуються як опис відхилень від ідеальних станів. Відсутність ідеальної моделі рідини призводить до труднощі формулювання загальної теорії рідини

Така теорія повинна пояснити равновесные термодинамические властивості рідини, її энтальпию, ентропію, рівняння стану, температуру замерзання, поверхове натяг тощо. Далі теорія повинна описати явища перенесення - в'язкість, дифузію, теплопровідність. Нарешті, така теорія повинна охопити явища розсіювання рідинами різних випромінювань і рентгенівського. Останніми роками теорія рідин досягла низки серйозних успіхів.

Вимушене внутрішнє спрямування рідини.

Коли рідина протягом часу t >> порівн діє зовнішня сила,

то частки рідини зміщуються головним чином напрямі цієї сили. У цьому полягає плинність рідини.

Якщо час t дії зовнішньої сили набагато меншою середнього време-

ні релаксації (t << порівн), то "за термін дії сили частки не встигають змінити свої становища рівноваги і рідина виявляє пружні властивості, опираючись зміни обсягу й форми.

При певних умов в рідинах відбуваються явища пере-

носа: дифузія, теплопровідність і внутрішнє тертя. Відмінності

явищ перенесення в рідинах від аналогічних явищ в газах виявляється у величинах коефіцієнтів перенесення.

Диффузия

ДИФФУЗИЯ (від латинського diffusio - поширення, розтікання, розсіювання), рух частинок середовища, що веде до переносу речовини і вирівнюванню концентрацій чи встановленню їх рівноважного розподілу. Зазвичай дифузія визначається тепловим рухом частинок. За відсутності зовнішніх впливів дифузний потік пропорційний градієнту концентрацій; коефіцієнт пропорційності називається коефіцієнтом дифузії. Процес дифузії може відбуватися під впливом різниці температур (термодиффузия), електричного поля (электродиффузия), в турбулентном потоці (турбулентная дифузія) тощо).

Диффузия великих частинок, зважених в газі чи рідини (наприклад, частинок диму чи суспензії), здійснюється завдяки їхнім броуновскому руху. Надалі, якщо спеціально не обумовлено, мають на увазі молекулярна дифузія

Найбільш швидко дифузія відбувається у газах, повільніше в рідинах, ще повільніше в твердих тілах, що з характером теплового руху частинок у тих середовищах. Траєкторія руху кожної частки газу є ламану лінію, т.к. при зіткненнях частки змінюють напрям і швидкість свого руху. Неупорядоченность руху призводить до того, кожна частка поступово видаляється від місця, де перебувала, причому її усунення по прямий набагато менше шляху, пройденого по ламаної лінії. Тому диффузионное проникнення значно повільніше руху (швидкість диффузионного поширення запахів, наприклад, набагато меншою швидкості молекул).

Для явища дифузії в рідини справедливий закон Фика. Він говорить:

,

де I – дифузний потік у бік осі X, D – коефіцієнт дифузії, а - градієнт концентрації по осі X.

Означимо час між стрибками молекул через t, тоді величина - швидкості молекули. Це дає можливість порівняти з середньої довгою вільного пробігу, а - з середньої швидкістю молекул. Тоді аналогії з ідеальними газами коефіцієнт дифузії (точніше самодиффузии) рідини дорівнює:

.

Коефіцієнт самодиффузии залежить від температури, тобто. на підвищення температури він зростає.

Вислів коефіцієнта дифузії можна переписати як

,

де , причому n - частота вищеописаних коливань, а w – енергія, необхідна для стрибка молекули, звана енергією активації молекули.

Кількісна значення коефіцієнта дифузії у рідин набагато меншою ніж в газів. Наприклад коефіцієнт дифузії NaCl у питній воді дорівнює 1,1·10-9 м2/с, тоді як дифузії аргону в гелій він дорівнює 7·10-5 м2/с.

У рідинах, відповідно до характером теплового руху молекул,

дифузія здійснюється перескоками молекул вже з тимчасового становища рівноваги до іншого. Кожен стрибок відбувається за повідомленні молекулі енергії, достатньої для розриву її зв'язку з сусідніми молекулами і переходу оточення ін. молекул (до нового енергетично вигідне становище). У середньому стрибок вбирається у межмолекулярного відстані. Диффузионное рух частинок в рідини можна як рух з тертям, щодо нього застосовно друге співвідношення Ейнштейна: D ~ ukT. Тут k — Больцмана стала, u — рухливість диффундирующих частинок, т. е. коефіцієнт пропорційності між швидкістю частки сек. і двигуном F при стаціонарному русі з тертям (з = uF). Якщо частки сферически симетричні, то u = 1/6phr, де h — коефіцієнт в'язкості рідини, r — радіус частки (див. Стокса закон).

Коефіцієнт дифузії в рідини збільшується з температурою, що з «разрыхлением» структури рідини при нагріванні і відповідатиме збільшенням кількості перескоків в одиницю часу.

У твердому тілі можуть діяти кілька механізмів дифузії: обмін місцями атомів з вакансій (вільними вузлами кристалічною ґрати), переміщення атомів по междоузлиям, одночасне циклічне переміщення кількох атомів, прямий обмін місцями двох сусідніх атомів тощо. Перший механізм переважає, наприклад, при освіті твердих розчинів заміщення, другий — твердих розчинів впровадження.

Коефіцієнт дифузії в твердих тілах вкрай чутливий до дефектів кристалічною ґрати, що виникли при нагріванні, напругах, деформації та інших. впливах. Збільшення числа дефектів (головному чином вакансій) полегшує переміщення атомів в твердому тіло і спричиняє зростання коефіцієнта дифузії. Для коефіцієнта дифузії в твердих тілах характерна різка (экспоненциальная) залежність від температури. Так, коефіцієнт дифузії цинку в мідь у разі підвищення температури від 20 до 300°С зростає у 1014 раз.

Диффундирующее речовина Основний компонент Температура, °З Коефіцієнт дифузії, м2/сек
Водень (газ) Кисень (газ) 0 0,70·10-4
Пари води Повітря 0 0,23·10-4
Пари етилового спирту Повітря 0 0,10·10-4
Сіль (NaCI) Вода 20 1,1·10-9
Цукор Вода 20 0,3·10-9
Золото (тв.) Свинець (тв.) 20 4·10-14

Значення коефіцієнта дифузії (при атмосферному тиску)

Більшість наукових закладів та практичних завдань істотно не диффузионное рух окремих частинок, а що від нього вирівнювання концентрації речовини в спочатку неоднорідною середовищі. З місць із високої концентрацією йде більше частинок, ніж із місць із низькою концентрацією. Через одиничну майданчик у неоднорідною середовищі проходить за одиницю часу безповоротний потік речовини убік меншою концентрації — дифузний потік j. Він дорівнює різниці між числами частинок, котрі перетинають майданчик у тому й ін. напрямах, і тому пропорційний градієнту концентрації

Схожі реферати:

Навігація