ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Установление термодинамического равновесия из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Состояние газа зависит от концентраций различных компонент атомов, молекул, ионов, электронов и распределения внутренней энергии по степеням свободы. В общем случае внутренняя энергия газа складывается из энергии поступательного движения частиц, вращательной и колебательной энергии молекул, химической энергии, энергии ионизации и электронного возбуждения атомов, молекул, ионов. В условиях полного термодинамического равновесия состояние полностью определяется элементным составом газовой смеси и значениями двух каких-нибудь макроскопических параметров, например, плотности и удельной внутренней энергии. [c.298] Обычно газокинетические времена очень малы по сравнению с временами, в течение которых заметным образом меняются макроскопические параметры газа, скажем, плотность и энергия. Поэтому, как правило, можно в каждый момент приписывать газу поступательную температуру — величину, характеризующую среднюю кинетическую энергию поступательного движения частиц ). В состоянии неполного термодинамического равновесия, когда говорят о термодинамически равновесных степенях свободы, имеют в виду, что распределение энергии (и концентраций соответствующих компонент газовой смеси) в этих степенях свободы находится в равновесии с поступательной температурой газа. [c.299] Величины же, соответствующие неравновесным степеням свободы, могут быть произвольными они зависят от многих факторов, в том числе и от предыдущей истории процесса, в котором участвует газ. [c.299] Такие условия встречаются в быстропротекающих газодинамических процессах или в областях резкого изменения макроскопических параметров, например, в ультразвуковой волне или во фронте ударной волны, когда временнйе масштабы явления ) оказываются сравнимыми или даже гораздо меньшими соответствующих времен релаксации. В этом случае распределения энергии и концентраций соответствуюпщх частиц определяются не просто температурой, плотностью и элементным составом газа, как при термодинамическом равновесии, но еще и кинетикой физико-химических процессов, приводящих к установлению равновесия в данных степенях свободы. [c.299] В некоторых случаях времена релаксации для установления термодинамического равновесия в определенной степени свободы бывают настолько большими, что неравновесное состояние системы оказывается весьма устойчивым, стационарным. Обычно такое положение возникает в смеси газов, способной к химическому превращению, которое фактически не происходит из-за большой энергии активации, необходимой для протекания реакции. Типичным примером может служить гремучая смесь 2Н2 + О2, которая в состоянии строгого термодинамического равновесия при низких температурах должна была полностью превратиться в воду. [c.299] О таких случаях говорят как о ложных равновесиях. [c.299] Как уже было отмечено выше, времена релаксации для установления равновесия в различных степенях свободы часто очень сильно различаются. Если при данных температуре и плотности переходить от быстрых к более медленным релаксационным процессам, то обычно можно установить такую последовательность поступательные степени свободы, вращения молекул, колебания молекул, диссоциация и химические реакции, ионизация и электронное возбуждение. [c.299] Благодаря весьма резкому различию во временах релаксации каждый из релаксационных процессов можно изучать в отдельности, выделяя его из остальных и предполагая, что в легко возбуждаемых степенях свободы равновесие существует в каждый момент, а более медленные релаксационные процессы вообще не идут на протяжении рассматриваемых времен. [c.299] Надо сказать, что время т, определенное уравнением (6.2), как правило, характеризует масштаб времени установления равновесия и в случае общего уравнения кинетики (6.4) (в этом мы убедимся на ряде конкретных примеров в последующих параграфах). [c.300] Рассмотрение кинетики физико-химических релаксационных процессов имеет два аспекта. Это, во-первых, вопрос о скоростях элементарных процессов, приводящих к возбуждению той или иной степени свободы, т. е. вопрос об эффективных сечениях соответствующих неупругих соударений частиц, в результате которых происходит процесс возбуждения.. Обычно этими сечениями определяется и характерное время релаксации т. Во-вторых, это — вопрос о самой кинетике релаксационного процесса в данных конкретных условиях с учетом меняющихся во времени макроскопических параметров системы и обратного влияния процесса на изменение макроскопических параметров. В этой главе мы остановимся только-на первом из указанных аспектов. (Второй будет рассмотрен в гл. VII, VIII.) При этом будем всегда предполагать, что в газе поддерживаются постоянные температура, плотность и концентрации тех частиц, которые не имеют отношения к рассматриваемому процессу. [c.300] Вернуться к основной статье