Элементы кинетической теории газов

ЭЛЕМЕНТЫ КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ [c.117]

Прандтль [9] выдвинул предположение о существовании аналогии между хаотическим двин ением молекул, описываемым кинетической теорией газов, и случайным движением элементарных объемов жидкости в ноле турбулентного потока. При этом возникают трудности, так как элементарные объемы жидкости не являются дискретными телами, какие представляют собой молекулы. Однако Прандтль постулировал, что элементарные объемы жидкости, переходящие в результате турбулентного движения из одного слоя в другой в поперечном наиравлении, сохраняют свое количество движения. Среднее расстояние, на которое перемещается элемент жидкости в поперечном направлении, называют длиной пути смешения эта величина аналогична среднему расстоянию перемещения молекул между столкновениями (длине свободного пробега). Теоретически напряжение сдвига может ыть выражено уравнением [c.299]

В кинетической теории газов вводится в рассмотрение функция распределения /. При помощи этой функции задается число частиц (1М, находящихся в данный момент времени / в элементе объема (IV с координатами и скоростями, лежащими в интервале от до [c.55]

При рассмотрении процессов конденсации в условиях высокого вакуума мы уже встретились с подобным явлением и использовали элементы каж кинетической теории газов, так и квантовой механики. Только с применением квантовой механики можно достаточно полно описать механизм конденсации водяного пара в разреженной среде. То же самое имеет место и при рассмотрении теплообмена при сублимации в условиях вакуума. Однако экспериментальных материалов по этому вопросу еще недостаточно, чтобы сделать окончательные выводы. [c.102]

Средний диаметр молекул по данным кинетической теории газов Начальная скорость разделения Знак вопроса. Ненадежные данные Звездочка при символе химического элемента означает, что данный эле- [c.6]

Элементы молекулярно-кинетической теории газов [c.235]

Книга содержит описание современного промышленного и лабораторного вакуумного оборудования вакуумных насосов, манометров, течеискателей и конструктивных элементов различных вакуумных систем. Предварительно сообщаются сведения из кинетической теории газов, необходимые для расчета вакуумных систем и понимания процессов, происходящих в вакуумной аппаратуре. [c.4]

Введение. В этой главе даны только те части кинетической теории газов, которые необходимы для современной промышленной и лабораторной вакуумной техники. Выводы в большинстве случаев даются без доказательств. Предполагается, что читатель уже знаком с элементами кинетической теории, но, может быть, не знаком с вакуумной техникой. Дан вывод специальных формул, имеющих практическое значение в вакуумной технике. Эти формулы подвергнуты возможно более подробному обсуждению. По общеизвестным результатам кинетической теории ссылок не дается, так как их можно найти в любой книге по кинетической теории. По всем вопросам вакуумной техники, представляющим специальный интерес, даны ссылки на первоисточники. [c.9]

Так называемые инертные, редкие или благородные газы образуют группу родственных элементов, открытие которой представляет один из наиболее волнующих эпизодов в истории естественных наук. История открытия и определения свойств аргона в 1894—1895 гг. является не просто историей открытия нового элемента. Это открытие привело к новой интерпретации кинетической теории газов, спектральных исследований и понятия о валентности. Оно привело также к новой классификации химических элементов и в конечном счете к фундаментально важным открытиям в теории строения атома. Чтобы понять истоки этого открытия, мы должны вернуться к временам Кавендиша, химика восемнадцатого столетия. [c.14]

Великий Джеймс Клерк Максвелл, живший в 19-м веке, 1831-1879 гг. (как мало он прожил ), знаменит главным образом формулировкой уравнений, носящих его имя. Уравнения Максвелла создали современную электродинамику, объединили электричество, магнетизм и оптику. Но кроме того, Максвелл был одним из создателей кинетической теории газов. Естественно, он столкнулся с необходимостью учитывать тождественность частиц газа, и задолго до открытия структуры атома задумался Собственно говоря, почему все атомы одного элемента тождественны Действительно, все окружающие нас [c.209]

При подготовке этого издания книга подверглась значительной переработке. Большой объем нового материала, который необходимо было ввести при одновременном уменьшении обш.его объема книги, заставил исключить из нее целые разделы. Был исключен почти весь материал, относящийся к атомному ядру, большая часть материала по строению атомов и периодической системе элементов, дополнительная глава о реакционной способности, основы кинетической теории газов и ряд других вопросов, рассматриваемых теперь в курсах физики и неорганической химии. Пришлось ограничиться кратким списком дополнительной литературы. Однако материал, необходимый для технологических дисциплин, не был сокращен. [c.12]

При турбулентном движении перенос вещества в направлении, перпендикулярном основному потоку, происходит в основном за счет перемещения макроскопических элементов жидкости (вихрей), которое в свою очередь вызывается турбулентными пульсациями. Несмотря на беспорядочность пульсаций, они следуют закономерностям, состоящим в том, что среднее значение пути смещения I (расстояние, на которое перемещаются частицы в поперечном направлении) и средняя пульсационная скорость V (скорость перемещения частиц в поперечном направлении) сохраняют с течением времени некоторое постоянное значение, зависящее от гидродинамических условий. По аналогии с кинетической теорией газов можно отметить, что путь смешения соответствует среднему свободному пробегу молекул, а средняя пульсационная скорость— средней квадратичной скорости движения молекул. Перенос [c.77]

Рассмотрим, например, задачу из кинетической теории газов и найдем давление идеального газа. Атомы в кинетической теории рассматриваются как совершенные сферы, идеально упругие и обладающие исчезающе малыми размерами в сравнении с их взаимными расстояниями. Единственная размерная постоянная, требующаяся для определения поведения атомов, это их масса. Свойства агрегата таких атомов очевидно характеризуются плотностью газа и числом атомов на единицу объема. Проблема явно механическая, и давление может быть найдено из расчета изменения количества движения атомов, ударяющихся о стенки сосуда в единицу времени и на единицу площади. Механическая система единиц, следовательно, предпочтительна. Однако в добавление к обычным механическим свойствам здесь приходится рассматривать элемент температуры. [c.80]

Следовательно, сделанные допущения не облегчили понимания процесса, хотя при беглом рассмотрении могло бы показаться, что это так. Легко поддаться этому заблуждению потому, что реакция между атомами элементов, известных нормально только в виде молекул, кажется чем-то само собой разумеющимся. Однако даже в том случае, если считать каждое соударение молекул успешным [17—20] (что не отвечает современным данным ) и вычислять скорость происходящей реакции просто из числа следуемых по кинетической теории газов ударов, то все равно скорости мономолекулярных распадов Hg, lg и H l остаются загадочными и невычислимыми, пока ничего неизвестно о внутримолекулярных колебаниях атомов, ведущих к распаду молекулы. [c.460]

Курс химии, ориентированный на формирование и развитие системы понятий о химической реакции, совершенно непохож на описанные выше. Например, курс для колледжей, разработанный в США коллективом авторов во главе с Ж. С. Пимента-лем под редакцией Г. Т. Сиборга [17]. В нем после вводных глав, связанных с описанием общего подхода к научным исследованиям, идет глава, которая так и называется Химические реакции , затем рассматривается поведение газов, кинетическая теория с расчетами, энергетика химических реакций, их скорость, химическое равновесие, растворение как равновесный процесс и электролитическая диссоциация. Среди тем дважды встречается периодическая система элементов в связи со строением атома. Свойства элементов изучаются не по группам, а по периодам. Особо выделены только галогены, соединения углерода и щелочноземельные металлы. Это по-строение интересно тем, что, наряду с теоретическими химическими темами, рассматривается и химия элементов, в то время как нередко разработка такого курса сводится к тому, что мы называем общей химией. В отечественной школе, к сожалению, делается мало попыток для создания курса химии такого построения. [c.37]

В случае больших оптических толщин длина проникновения излучения будет мала по сравнению с характерным размером среды L и процесс распространения излучения будет приближаться к процессу диффузии. В этом случае лучистая энергия, излучаемая элементом среды, настолько быстро ослабляется, что процесс ее переноса будет зависеть лишь от местных условий, т. е. от градиента излучательной способности. Все вышесказанное свидетельствует о существовании непосредственной аналогии с процессами теплопроводности в газах, рассматриваемых в кинетической теории. [c.144]

Правило Дюлонга и Пти вытекает из экспериментальных наблюдений. Позже это правило было выведено и на основании кинетической теории. В кристалле атомы колеблются вокруг определенных положений равновесия. Энергия этих движений составляет часть внутренней энергии кристалла. Эта энергия состоит из кинетической энергии, за счет которой атомы смещаются из состояния равновесия, и потенциальной энергии, за счет которой каждый атом возвращается в состояние равновесия. Согласно Больцману, можнс доказать, что эти энергии равны. Поскольку кинетическая энергия атомов, содержащихся в 1 г-атоме кристаллического вещества, такая же, как для газов, а именно рТ (см. стр. 43), суммарная энергия вдвое больше, т. е. ЗКТ. При повышении температуры 1 г-атома твердого элемента иа Г его энергия будет равна 3 (T + 1). Требуемая [c.48]

Вал<ным элементом в вакуумной аппаратуре является отверстие в камере или сборнике (например выход трубы), которому отвечает определенное значение проводимости. На основе кинетической теории выведено уравнение линейной скорости молекулярного истечения газа из сборника (в котором имеется давление р ) через узкое отверстие в среду, где давление равняется рг [c.136]

Те элементы кинетической и молекулярной теории газов, термодинамики, физической химии, квантовой теории, волновой и статистической механики, которые имеют отношение к главной теме книги, также вкратце излагаются. Так, гл. 2 посвящена уравнениям пограничного слоя и их выводу на основе молекулярной теории газов. Глава 9 посвящена вопросам термодинамики газовых смесей и методам квантовой теории, спектроскопическому анализу и статистической механике в том их аспекте, в котором они применяются к определению термодинамических свойств и равновесных составов газовых смесей. Глава 10 посвящена переносным свойствам и роли межмолекулярных сил в их определении. [c.8]

Быстрое развитие кинетической теории, основанной на применении законов механики к молекулярным системам, и большое число новых опытных фактов показали, что чисто термодинамическая трактовка должна быть дополнена молекулярно-кинетическими представлениями. Однако число молекул, составляющих практически любую из реальных систем, будь то газ, раствор или кристалл, так велико, что нет возможности описать систему уравнениями механики, применяя их к кал<дой частице . Достаточно вспомнить, что в одном моле газа при нормальных условиях содержится 6,02-10 молекул. Статистическая термодинамика изучает общие свойства больших совокупностей частиц такие совокупности проявляют качественно иные особенности, чем те, которые характеризуют поведение одной или немногих частиц. Исследование систем, состоящих из очень большого числа отдельных элементов, будь то электроны, атомы или молекулы, ввело в термодинамику представление о вероятности. С помощью этого представления оказалось возможным исследовать большие совокупности частиц, не прибегая к детальному изучению состояния каждой отдельной частицы. [c.52]

Свободно-молекулярные течення газа. и элементы кинетической теории газов [c.147]

Вообще говоря, расчет производства энтропии и потока энтропии можно провести только с помощью методов неравновесной статистической механики или кинетической теории газов. Даже само определение энтропии неравновесного состояния выходит за рамки макроскопической термодинамики. Однако в данной книге будут рассматриваться только такие случаи, для которых макроскопический расчет производства энтропии и потока энтропии все Же можно сделать. Это те случаи, когда в каждом малом элементе объема среды существует состояние локального равновесия, для которого локальная энтропия 5 является той же функцией локальных макроскопических переменных, что и для равновесной системы. Предположение о локальном равновесии не противоречит тому факту, что система в целом неравновесна. Например, расширение газа в трубке представляет собой неравновесный процесс. Однако в каждой точке соотношение между температурой, давлением и плотностью выражается тем же законом [c.29]

Растворитель нельзя рассматривать как макроскопическую непрерывную фазу, которая характеризуется только физическими свойствами, например плотностью, диэлектрической проницаемостью, показателем преломления и т. п. напротив, растворитель следует считать дискретной фазой, состоящей из множества индивидуальных, взаимодействующих друг с другом молекул. Степень этого взаимодействия может меняться в широких пределах для одних растворителей (например, воды) характерна очень глубокая внутренняя структура, а для других (например, углеводородов)—незначительные межмолекулярные взаимодействия. Взаимодействия между молекулами в растворителях (и в растворах), с одной стороны, слишком сильны, чтобы их можно было оценить только с помощью законов кинетической теории газов, а с другой — слишком слабы, чтобы к ним можно было бы применить теорию физики твердого тела. Таким образом, растворитель — это не та инертная среда, в которой диффундирующие растворенные вещества диффундируют и распределяются равномерно и беспорядочно, но в то же время и не высокоупорядоченная структура типа кристаллической решетки. Тем не менее упорядоченность удаленных элементов структуры в кристалле отчасти напоминает локальную упоря- [c.24]

Методы кинетической теории газов, развитые в середине ярошлого века в работах Клазиусса, Максвелла, Больцмана, позволили обосновать основные положения термодинамики. Они легли в основу нового крупного раздела науки — статистической механики и дали возможность построить общую динамическую теорию движения разреженных газов. Динамическая, или кинетическая, теория газов, основанная на уравнении Больцмана, сыграла исключительно важную роль в связи с интенсивным развитием космической техники. На основе этой теории решались сложнейшие задачи обтекания элементов ракет и космических аппаратов в сильно разреженных верхних слоях атмосферы. [c.102]

При числах Рейнольдса, превышающих некоторое критическое значение Ке р, движение в трубе является турбулентным. Распределение средних скоростей при турбулентном течении отличается от пуазейлева распределения. В профиле скоростей при турбулентном течении можно выделить вязкий подслой, переходную область и полностью турбулентную область. Движение в турбулентной области характеризуется наличием беспорядочных пульсаций. Существование пульсаций определяет характер протекания процессов переноса в турбулентном потоке, ибо каждый элемент нри перемещении под действием пульсаций в новое положение сохраняет свои характеристики температуру, концентрацию примесей и т. д. Длина, на протяжении которой сохраняются свойства рассматриваемого элемента жидкости, носит название пути перемешивания. Эта характеристика аналогична длине свободного пробега в кинетической теории газов. [c.60]

На основании молекулярно-кинетической теории газов скорость звука в них, а отсюда и тона, издаваемые трубами, наполненными ими, зависят не только от молекулярного веса газа, но и от числа атомов, из которых состоит молекула. Это и позволило Рамзаю установить, что молекула нового газа одноатомна и, следовательно, этот газ — химический элемент. [c.177]

Применение кинетической теории газов для интерпретации явления испарения позволяет создать теорию процесса испарения. Первые попытки количественной оценки скорости, с которой вещество из конденсированной фазы переходит в газообразную, связаны главным образом с именами Герца, Кнудсена и Ленгмюра. Наблюдение отклонений от первоначально постулированной идеальной модели привело к уточнениям механизма переноса, которые стали возможны после возросшего понимания молекулярного и кристаллического строения вещества. Теория испарения включает в себя элементы кинетики реакций, термодинамики и теории твердого тела. Вопросы, связанные с направлением движения испаренных молекул, были решены в первую очередь с помощью вероятностного рассмотрения эффектов кинетики газов и теории сорбции. [c.37]

Зная скорость движения газов, определяемую кинетической теорией газов, и температуру небесного пространства, Менделеев считал возможным дать более точную оценку атомного веса. Расчеты привели к следующему результату частицы и атомы легчайшего элемента X, который может свободно двигаться всюду , имеют вес, близкий к 0,000001 веса водородного атома, и движутся со средней скоростью, близкой к 2250 км/сек. [c.96]

Собственно говоря, таким же путем шел и Менделеев, хотя воображаемое распределение карточек с элементами и не могло выступать перед ним столь ясно и определенно, как перед раскладывающим карточный пасьянс. Тем не менее, поскольку выяснились уже условия, так сказать, химического пасьянса (группировка элементов по сходству в строчки и по близости атомных весов в столбцы), постольку мысленно могла сложиться и общая картина будущей системы элементов еще до ее полного завершения. А это показывает, что именно творческое воображение должно было играть и безусловно сыграло у Менделеева весьма существенную роль на решающем этапе открытия периодического закона. В связи с этим интересно рассмотреть, как иногда оценивается роль фантазии в научном творчестве. В статье на эту тему Ф. Ю. Левинсон-Лессинг писал, трактуя фантазию как интуицию в смысле бессознательной работы сознртельного интеллекта Атомистическая теория строения вещества, представление о молекулах, кинетическая теория газов, периодическая система химических элементов, закон симметрии в кристаллографии, закон сохранения материи, закон сохранения энергии, неэвклидовы геометрии Лобачевского, Софуса Ли и других, представление об электронах — разве это не яркие проявления интуитивного творчества научной фантазии Эти продукты научной фантазии, правда, вырастали на почве того или иного конкретного материала но они по своему размаху значительно выходили за пределы фактов, давших фантазии толчок в сторону той или иной идеи, и лишь позднее разрабатывались и облекались в форму стройной теории. Особенно замечательно проявление творчества научной фантазии там, где рожденная фантазией идея связана с геометрическими представлениями. Химикам хорошо известно, какой толчок к развитию получила органическая химия от представления о строении бензольного ядра, от родившихся в химической [c.136]

Такую структуру поля турбулентности при высоких числах Рейнольдса можно описать с помощью стохастического уравнения Ланжевена с соответствующей интерпретацией различных членов [89, 94, 95]. Чангу удалось вывести, используя уравнение Ланжевена и некоторые дополнительные упрощающие предположения, уравнение типа уравнения Фоккера — Планка для функции распределения элементов жидкости в фазовом пространстве. Помимо того, что это уравнение достаточно полно описывает поле турбулентности, оно является статистически замкнутым следовательно, все уравнения для моментов, получаемые из этого уравнения, также замкнуты. Более того, отпадает необходимость отыскивать различные моменты как независимые неизвестные функции, поскольку моменты всех порядков теперь связаны через функцию распределения элементов жидкости. Следовательно, уравнения для моментов в теории Чанга имеют несколько другой смысл по сравнению с таковыми уравнениями в классических статистических теориях или в обычных феноменологических теориях турбулентного переноса. Эти уравнения нужны лишь для того, чтобы облегчить решение уравнения Фоккера — Планка, по аналогии с методами, используемыми для решения уравнения Больцмана в кинетической теории газов [400—403]. [c.284]

Модель Рейнольдса восходит к кинетической теории газов с ничтожно малой длиной свободного пробега молекул, что практически не накладывает ограничений на выбор шага дифференцирования йх, йу, йг по пространственным координатам. Дополнительные напряжения, возникающие в уравнениях при их осреднении, связаны с пульсационным обменом импульсами на границе рассматриваемого элементарного объема. Осуществление такого обмена накладывает ограничение на выбор приращений ёх, с1у, йг, величина которых должна быть соизмеримой или превосходить размеры вихрей, передающих импульс. Это весьма серьезное ограничение, если учесть, что при турбулентном движении импульс передается в основном наиболее крупными вихревыми структурами. Если размеры рассматриваемого элемента йх, йу, йг будут меньше размеров вихревых структур, то объем будет целиком вовлекаться во внутривихревое движение и обмен импульсом на его границах будет чисто вязким. Отмеченное обстоятельство, требующее дальнейшего исследования и обсуждения, еще более затрудняет использование уравнений Рейнольдса и, возможно, заставит отдать предпочтение подходу Буссинеска. [c.38]

Молекулы представляют собой частицы вещества, состоящие из атомов, соединенных друг с другом химическими связями. Представление о молекулах впервые было введено в химии в связи с необходимостью отличать молекулу как наименьшее количество вещества, вступающее в химические реакции, от атома как наименьшего количества данного элемента, входящего в состав молекулы. В физике предположение о существовании молекул было введено для объяснения термодинамических и кинетических свойств жидкостей и газов. Оформление молекулярных воззрений в научную теорию принадлежит М. В. Ломоносову. Развивая атомистические идеи, основанные на понятии о молекуле как частице вещества, являющейся носителем eroi физических и химических свойств, он открыл закон сохранения материи и количества движения, вскрыл природу теплоты, установил, что теплота связана с движением молекул и является одной из форм обмена энергией между телами, доказал, что давление газа на стенки возникает в результате удара отдельных молекул, предсказал существование нуля Кельвина температуры, положил начало развитию атомистической химии и молекулярно-кинетической теории в физике, поставил вопрос о познании строения молекул. [c.113]

Элементарные представления классической кинетической теории дают основу для разработки приближенной теории диффузии в смесях идеальных газов. На рис. 2.1 изображен элемент объема смеси, в которой концентрационный градиент существует в направлении оси у. Предполагается, что этот градиент не изменяется во времени. Диффузия происходит в направлении по нормали к плоскости RR, площадь поперечного сечения которой составляет 5 ск . На этой плоскости концентрация молекул А составляет молекул/см , а градиент концентрации равен с1па/<1у. Общее давление поддерживается постоянным, поэтому и общая концентрация молекул постоянна. [c.22]

Когда среда оптически толста, т. е. глубина проникновения мала по сравнению с характерным размером среды Ь, теплопередача излучением будет приближаться к процессу диффузии. Это происходит вследствие того, что энергия, излучаемая элементом объема, настолько сильно ослабляется, что процесс переноса определяется только местными условиями, т. е. градиентом излу-чательной способности. В данном случае мы имеем прямую аналогию с теплопроводностью в газе, которая описывается кинетической теорией, предполагающей, что энергия переносится молекулами газа на длине свободного пробега. Эта длина предполагается бесконечно малой. Процесс теплообмена излучением может быть представлен как перенос энергии фотонами, перемещающимися на длине свободного пробега излучения или на глубине проникновения. (В этом случае глубина проникновения должна быть бесконечно малой.) Это приводит к так называемому приближению Роселанда для потока излучения [11] [c.11]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология