Физические явления в разряженных газах
Виды процессов переноса
Время релаксации – время в течение, которого система достигает равновесного значения.
Теплопроводность
Диффузия
Вязкость
Процессы переноса в газах
Общее уравнение переноса
Пусть
- характеризует молекулярное свойство, отнесенное к одной молекуле (энергия, импульс, концентрация, эл. заряд и т.д.).
Пусть z направлено вдоль градиента G в направлении уменьшения.

Средняя длина свободного пробега молекул в данном направлении после последнего столкновения
– число частиц в dV.
- число частиц вылетает за dt из dV

учитывает убывания в результате столкновения
Поток числа молекул, пересекающих поверхность, равен

- среднее расстояние вдоль z до ds

Средняя длина пробега от последнего столкновения и до пересечения площадки ds.
Энергия, импульс, эл. заряд, концентрация частиц …

Поток в направлении отрицательных значений оси x равен
,
.
Суммарный поток

Это уравнение переноса количества G.
Теплопроводность
G – средняя энергия теплового движения

Тогда уравнение переноса


Закон Фурье
Из-за
легкие газы обладают большей теплопроводностью


Т.к.
и
не зависят от 
теплопроводность не зависит от Р.
Вязкость



1860 Дж. Максвелл
- динамическая вязкость.
Т.к.
и
динамическая вязкость не зависит от давления и
зависит от 


Кинетическая вязкость 
Самодиффузия
переносимая характеристика – концентрация отнесенная на одну молекулу.
, где
Уравнение Фика
- коэффициент диффузии
При
, т.е. 
При 

Связь между коэффициентами,
Характеризующими процессы переноса

удеальная теплоемкость
Уравнение самодиффузии зависящeе от времени
Самодиффузия – время в течение, которого происходит выравнивание температур, концентраций т.д.
Рассмотрим самодиффузию


Поток (изменение числа частиц в
за
) равен:
.
Разложим в ряд Тейлора:

Таким образом,
.
Тогда

Т.к. D не зависит от координат, запишем
- уравнение самодиффузии зависящее от времени.
В общем случае запишем:
или
,
где
- оператор Лапласа.

Уравнение теплопроводности зависящее от времени

Аналогично
, где
- удельная теплопроводность.
Но известно, что
, где у нас
.
Т.е.
.
Время релаксации
Скорость приближения величины к равновесному значению считается пропорциональной ее отклонению от равновесного значения. Пусть
- рассматриваемая величина.
.
Обратная величина коэффициента пропорциональности – время релаксации.


и

Физические явления в разряженных газах
Вакуум – когда давление настолько низкое, что молекулы сталкиваются в основном со стенками сосуда.
При нормальных условиях
, но
и при
длина свободного пробега равна:
.
В условиях вакуума правильнее говорить не о теплопроводности газа, а о теплопередаче, т.к. ни какого градиента температур нет.
Пример: сосуд Дьюара.