Диффузия атомов и молекул в газах

ДИФФУЗИЯ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ В ГАЗАХ [c.375]

ДИФФУЗИЯ НЕЙТРОНОВ, распространение нейтронов в в-ве, сопровождающееся многократным изменением направления и скорости их движения в результате их столкновений с ат. ядрами. Д. н. в среде аналогична диффузии атомов и молекул в газах и подчиняется тем же закономерностям, Быстрые нейтроны (с энергией, во много раз большей, чем ср. энергия теплового движения ч-ц среды) при диффузии отдают энергию среде и замедляются. В слабо поглощающих средах нейтроны приходят в тепловое равновесие со средой теп- [c.175]

Теплопроводность —распространение тепла при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела или тел, имеющих различные значения температуры. Она обусловлена движением микрочастиц вещества. Перенос тепла в твердых телах-диэлектриках и жидкостях происходит путем упругих колебаний в металлах — путем диффузии свободных электронов, в газах — путем диффузии атомов и молекул. [c.152]

Характерным представителем многокомпонентной природной среды служит верхняя атмосфера планеты, отличительной особенностью которой является непосредственное воздействие радиационных факторов при одновременных разнообразных химических превращениях в сочетании с процессами тепло- и массопереноса. Под воздействием интенсивного солнечного электромагнитного излучения происходят разнообразные фотохимические процессы - фотоионизация, фотодиссоциация, возбуждение внутренних степеней свободы (в том числе возбуждение электронных уровней) атомов и молекул. Эти процессы сопровождаются обратными реакциями ассоциации атомов в молекулы, рекомбинации ионов, спонтанного излучения фотонов и ударной дезактивации. Свойства газа формируются в гравитационном и электромагнитном полях при этом важную роль играют процессы молекулярной и турбулентной диффузии и теплопередачи (в том числе и излучением) при различной степени эффективности коэффициентов молекулярного и турбулентного обмена на разных высотных уровнях. Возникающие температурные, концентрационные и барические градиенты приводят к развитию разномасштабных гидродинамических движений, характер которых до основания термосферы сохраняется турбулентным. Определенное воздействие на состав, динамику и энергетику верхней атмосферы оказывает также солнечное корпускулярное излучение и некоторые дополнительные источники энергии (такие как приливные колебания, вязкая диссипация энергии магнитогидродинамических и внутренних гравитационных волн и др.). [c.68]

Уже упоминалось, что кристаллические вещества, вообще говоря, увеличивают свой удельный вес с переходом от твердого к жидкому состоянию при температуре плавления. В газообразном состоянии атомы и молекулы отстоят далеко друг от друга, причем предполагается, что они быстро движутся в пространстве в жидком состоянии расстояние между ними должно быть, однако, сравнимо с промежутками, характерными для правильного расположения этих частиц в кристаллической решетке. Чтобы объяснить сравнительно небольшую разницу между удельными весами вещества в кристаллическом и в расплавленном состояниях и статистически исследовать явления диффузии и вязкости в жидкостях, Г. Эйринг ) предположил, что подобно тому, как газ состоит из атомов и молекул, движущихся в пустом пространстве, так и жидкость может быть представлена состоящей из дырок или пустых промежутков, беспорядочно перемещающихся в веществе . Грубо можно провести аналогию с песчинками, которые в одном случае переносятся ветром, образуя дюны, а в другом— [c.54]

Равновесная температура за ударной волной при скоростях входа, до 11 км сек достигает порядка 10 000—15 000° К, а давление торможения может меняться от величин порядка миллионных долей до сотен атмосфер. В этих условиях, как уже указывалось в предыдущих параграфах обзора,, приходится иметь дело с явлениями возбуждения колебательных степеней свободы (М i= 5—7), диссоциацией (М 7 —25), ионизацией (М 12) и излучением в газе. Процессы возбуждения внутренних степеней свободы,, как правило, не вносят существенного вклада в коэффициенты давления, сопротивления и теплопередачи (менее 5—10%). Процессы диссоциации и ионизации за счет повышенной подвижности атомов к поверхности тела (в полтора раза выше, чем молекулы воздуха) и электронов (примерно в два с половиной раза выше, с учетом эффекта амбиполярной диффузии, чем молекулы воздуха) заметно увеличивают (до 20% при диссоциации и до 30—40% при ионизации) конвективный поток тепла. [c.552]

Поборники чистой феноменологии, считая, что физика должна только описывать наблюдаемые явления, т. е. ощущения наблюдателя, в те времена вообще отрицали существование атомов и молекул, как непосредственно не наблюдаемых. Они считали, что теория теплопроводности, диффузии и т. д. должна ограничиваться феноменологическими дифференциальными уравнениями входящие в них коэффициенты теплопроводности и диффузии оставались при этом теоретически неопределенными. Кинетическая теория газов, связавшая эти явления со свойствами молекул, как объективно существующих частиц материи, шла вразрез с идеалистическими воззрениями махистов и энергетиков . [c.537]

Отметим, что большинство условий автомодельности выполняется, если потребовать, чтобы термодинамические параметры не зависели от координаты в области вне пограничного слоя и на границе тела. Заметим также, что для случая однородного газа при отсутствии химических реакций и для случая равновесного течения бинарной смеси атомов и молекул уравнение диффузии можно не рассматривать, и число условий, необходимых для существования автомодельного решения, значительно уменьшится. Очевидно, что полученные в 12 интегралы уравнений пограничного слоя могут быть использованы при решении системы уравнений (13.17) — (13.19). Соответствующая форма этих интегралов получится после приведения их к безразмерному виду с помощью соотношений (13.1), (13.3)—(13.5). [c.575]

В твердых телах (диэлектриках) и в жидкостях энергия переносится упругими волнами, в газах — диффузией атомов или молекул, а в металлах — диффузией электронов. Подавляющее большинство строительных материалов представляет собой пористые тела, в порах которых возможны все виды теплопередачи однако при теплотехнических расчетах можно считать, что распространение тепла в материалах происходит лишь по законам теплопроводности. [c.9]

Передача тепла теплопроводностью происходит только при непосредственном соприкосновении между частицами тела. При этом в жидкостях и твердых телах (диэлектриках) перенос энергии осуществляется за счет распространения упругих воли, в газах — путем диффузии атомов нли молекул, а в металлах — путем диффузии свободных электро нов. [c.231]

Способностью к диффузии обладают мельчайшие частицы вещества (отдельные молекулы, атомы или ионы), а также более крупные частицы, хорошо видимые в микроскоп, находящиеся среди молекул газа или жидкости и участвующие в броуновском движении. [c.80]

При этом в газах перенос энергии осуществляется путем диффузии молекул и атомов, а в жидкостях и твердых телах-диэлектриках — путем упругих волн. В металлах перенос энергии в основном осуществляется путем диффузии свободных электронов, а роль упругих колебаний кристаллической решетки здесь второстепенна. [c.8]

Как мы видели, при повышенных температурах атомы кристаллической решетки и примеси в ней приобретают способность хаотически двигаться по объему решетки подобно молекулам газа. Различие состоит в том, что длина свободного пробега атомов в кристалле практически равна межатомному расстоянию (К а), так как перескок атома при диффузии происходит из данного узла (междоузлия) в соседний. Кроме того, решетка несколько ограничивает характер хаотического движения атомов, вследствие чего в (1.23) коэффициент 1/3 должен быть заменен некоторым коэффициентом а, зависящим от геометрии решетки и механизма диффузии. Наконец, роль х для кристалла должно играть эффективное время оседлой жизни-атома 0. Учитывая все это, (1.23) применительно к диффузии в кристаллах необходимо переписать следующим образом [c.27]

Вдув и диффузия сильно поглощающих (и излучающих) молекул, атомов и ионов с разрушающейся поверхности в излучающий сжатый слой могут изменить не только величину радиационного теплового потока, падающего на эту поверхность, но и, что даже более существенно, спектр излучения. При высоких значениях скорости уноса массы продукты разрушения концентрируются в сравнительно однородном по температуре пристеночном слое, выше которого находится зона смешения, переходящая в слой газа, представленный лишь компонентами набегающего газового потока (рис. 10-8). Таким образом, наблюдаемая картина может быть интерпретирована как оттеснение пограничного слоя (в котором происходит смешение вдуваемых компонент с компонентами набегающего потока) от разрушающейся поверхности. [c.295]

Условия, соответствующие динамическому фазовому равновесию твердый металл — пар, реализовать практически очень трудно. В громадном большинстве случаев технического использования нагретых металлов происходит необратимое расходование твердой фазы, поскольку давление пара над ней почти всегда меньше равновесного. Причиной этого нередко является частичная конденсация пара на менее нагретых поверхностях. Если между металлом и такими поверхностями имеется недостаточно разреженный газ, скорость неравновесной сублимации может быть замедлена за счет взаимных столкновений испаряющихся атомов металла с молекулами остаточного газа. Поэтому в объеме, ограниченном газонаполненной оболочкой, скорость сублимации материала определяется, помимо равновесного давления его пара, диффузией через газовую среду (если не рассматривать конвективных течений газа) и скоростью конденсации на оболочке. Так как конденсация на оболочке происходит обычно достаточно быстро, скорость неравновесной сублимации в стационарных условиях лимитирует диффузия испаряющихся атомов через газ. [c.418]

Диффузия частиц в газах определяется парными соударениями пробной частицы с атомами или молекулами газа. Поэтому вплоть до очень высоких давлений коэффициент диффузии обратно пропорционален плотности частиц газа и выражается через характеристику парного соударения пробной частицы и частицы газа—диффузионное сечение рассеяния о. [c.287]

В газах процесс кондукции осуществляется путем диффузии молекул или атомов, в жидкостях и в твердых телах диэлектриках — путем упругих волн и в металлах—путем диффузии свободных электронов. В газах, например, молекулы, имеющие большую кинетическую энергию, при столкновении с молекулами, обладающими меньшей кинетической энергией, передают последним часть своей энергии, в силу чего и осуществляется перенос тепловой энергии от одного тела к другому. [c.262]

Вероятно, в первом случае на поверхности не образуется сплошного слоя цинка, и концентрация его паров не обеспечивает сколько-нибудь заметной диффузии. Концентрацию атомов цинка на поверхности можно приближенно оценить на основе молекулярно-кинетической теории газов. Концентрация молекул в паре связана с давлением и температурой соотношением [c.189]

В настоящей главе мы продолжим обсуждение механизмов ядерной релаксации в твердых телах. Эта задача по существу аналогична той, с которой мы сталкиваемся в случае жидкостей и газов, и заключается в вычислении вероятности переворачивания ядерного спина, обусловленного его взаимодействием с тепловым движением решетки . Так же, как и в случае жидких образцов, можно считать, что такое переворачивание возникает благодаря взаимодействию рассматриваемого ядерного спина с флуктуирующим магнитным полем или флуктуирующим градиентом электрического поля. Для некоторых типов внутренних движений в твердых телах (таких, как трансляционная диффузия атомов или заторможенное вращение молекул) могут быть использованы с очень небольшим изменением те же способы описания, что и для жидкостей. Однако твердым телам присущи свои специфические особенности. [c.330]

В настоящей главе мы рассмотрим кинетический вывод закона идеального газа и найдем распределение скоростей для молекул газа. Далее мы обсудим эффекты, связанные со столкновениями между атомами газа в классической теории, а затем элементарным образом рассмотрим различные процессы переноса в газах диффузию, теплопроводность и вязкость. Все они обусловлены столкновениями. Любой процесс переноса возникает вследствие неравновесности в системе, обусловливающей появление между частями системы результирующего потока частиц, энергии, импульса или заряда. Если система находится в равновесии, то результирующий перенос отсутствует. [c.170]

При этом коэффициенты теплопроводности, диффузии и вязкости зависят также от эффективного диаметра столкновений, а теплоемкость — от числа степеней свободы молекулы (при условии, что число атомов в молекулах набегающего и вдуваемого газов одинаково). [c.105]

В том случае, когда учитывается диссоциация и в смеси присутствуют атомы и молекулы, выражение для потока тепла содержит член, обусловленный диффузией атомов и молекул поперек пограничного слоя. Например, если поверхность тела холоднее, чем внешний поток, атомы будут диффундировать к поверхности, рекомбинируя на поверхности или вблизи нее, тогда как молекулы будут диффундировать от поверхности во внешний поток, где они затем будут диссоциировать. Для идеально диссоциирующего газа выражение для потока тепла имеет тогда следующий вид [c.105]

Упругие С. а. в газах иля слабоиоинзов. плазме определяются переноса процессами. Испытываемые частицами С. а.— акты рассеяния на др. частицах — препятствуют их свободному движению. Наиб, существенно на перемещение частицы влияют те С. а., в к-рых направление её двнжевня заметно меняется. Поэтому коэф. диффузии (перенос частиц), вязкости (перенос импульса), теплопроводности (перенос энергии) и др. коэф. переноса газа выражаются через эфф. сечение рассеяния атомов или молекул этого газа на большие углы. Аналогично подвижность ионов связана с сечением рассеяния иона на атоме или молекуле газа на большие углы, а подвижность электронов в газе или электропроводность слабоионизов. плазмы — с сечением рассеяния электрона на атоме или молекуле газа. [c.691]

Механизм изменения положения атомов рассматривался Эйрингом в его теории диффузии и вязкпсти жидкостей ). Эта теория основывается на физикохимических представлениях. Механизм вязкости при ламинарном движении жидкости рассматривается как перенос энергии теплового движения, обусловленный изменениями в положении атомов и молекул, которые в жидкости связаны более свободно, чем в кристаллической репгетке твердых тел (и в отличие от переноса количества движения при поступательном движении атомов в газе, составляющего механизм вязкости газов по Максвеллу). Пространство для скачков атомов жидкости при ламинарном движении обеспечивается предположением о существовании дырок , принятым Эйрингом, причем атомы в жидкости отстоят друг от друга на большем расстоянии, чем при их наиболее плотном расположении в кристаллических решетках. [c.83]

И при М==10 превосходит температуру набегаюьцего потока более чем в двадцать раз (при 7=1,4). Появление области с очень высокой температурой при гиперзвуковом обтекании тел воздухом и другими газами приводит ко второй особенности таких течений (первая выражена неравенством (23.1), а именно — к проявлению эффектов, связанных с поведением реальных газов при высокой температуре. Для учета этих эффектов вместо модели совершенного газа для воздуха или других смесей газов вводятся более сложные модели модели термодинамически равновесного газа с учетом протекания в нем физико-химических процессов — возбуждения внутренних степеней свободы молекул и атомов, диссоциации молекул, химических реакций между компонентами смеси, ионизации атомов и молекул модели, в которых учитывается конечная скорость протекания названных физико-химических процессов (модели термодинамически неравновесного или релаксируюихего газа) модели с учетом процессов молекулярного переноса в газе—вязкости, теплопроводности, диффузии, а также с учетом излучения. В последних моделях нужно принимать во внимание и то, что при высокой температуре обтекающего тела газа поверхностный слой тела может разрушаться, в результате чего поток вблизи тела будет содержать газообразные (а иногда — и испаряющиеся твердые и жидкие) продукты разрушения тела. [c.400]

Для смесй компо-черггов газа необходимо принимать во внимание коэффициенты бинарной диффузии, соответствующие каждой паре компонентов, например атомов и мoлeкyv кислорода или атомов и молекул азота возду.ха. При приближенных расчета.ч можно исходить из некоторого значения коэффициента бинарной диффузии В, одного и того же для каждой нары компонентов. С учетом этого Qiдn= —р25( с,/< ). Рассматривая направления х, у и г, по которым происходит диффузия, можно написать [c.116]

Упругие С. а. определяют переноса явления в газах или слабоионизов. плазме. Испытываемые ч-цами С. а.— акты рассеяния на др. ч-цах — препятствуют их свободному движению. Наиболее существенно на перемещение ч-цы влияют те акты рассеяния, в к-рых направление её движения заметно меняется. Поэтому коэффициенты диффузии (перенос ч-ц), вязкости (перенос импульса), теплопроводности (перенос энергии) и др. коэфф. переноса газа выражаются через эфф. сечение рассеяния атомов или молекул этого газа на большие углы. Аналогично подвижность ионов (см. Подвижность ионов и электронов) связана с сечением рассеяния иона на атоме или молекуле газа на большие углы, а подвижность эл-нов в газе или электропроводность слабоиони-зованной плазмы — через сечение рас- [c.725]

Как отмечалось в 16, в литературе известна точка зрения на парадокс Гиббса, согласно которой решение этого парадокса связывается с дискретным различием смешиваемых газов. Парадокс Гиббса сводится к скачку в поведении AS при непрерывном сближении параметров различия газов. Но в реальном физическом мире различие между газами определяется отличием друг от друга их агомов, каким-либо дискретным квантовым числом (зарядом, числом нуклонов и т. д.), которое по самому смыслу понятия дискретности не может изменяться ненрерывно. Предполагая непрерывное изменение различий между газами, мы вступаем в противоречие с законами физики и в результате приходим к парадоксу Гиббса Если перейти к предельному случаю смеси тождественных молекул, то формула (8) не изменяется. Это нелепо, так как при удалении перегородки между газами, состоящими из совершенно одинаковых молекул, не может быть и речи ни о каком процессе диффузии. Следовательно, предельный переход здесь недопустим. Он противоречит атомизму вещества и тому факту, что между различными видами атомов (например, атомами И и Не) нет никакого непрерывного перехода . Таким образом, согласно этой точке зрения, значение Sf, для энтропии после смешения тождественных газов нельзя получить из формулы (4) потому, что незаконен предельный переход поскольку [c.323]

Теплопроводность опре деляется тепловым движением микрочастиц тела, т. е. движением микроструктурных частиц вещества (молекул, атомов, ионов, электронов). Обмен энергией между движущимися частицами происходит в результате непосредственных столкновений их при этом молекулы более нагретой части тела, обладающие большей энергией, сообщают долю ее соседним частицам, энергия которых меньше. В газах перенос энергии происходит путем диффузии молекул и атомов, в жидкостях и твердых диэлектриках — путем упругих волн. В металлах перенос энергии осуществляется колеблющимися ионами решетки и диффузией свободных электронов ( электронным газом ) значение упругих колебаний кристаллической рещетки в этом случае не имеет большого значения. [c.134]

Молекулярная диффузия развивается в результате теплового движения молекул, атомов и ионов, поэтому коэффициент диффузии зависит от молекулярной структуры и термического состояния системы. Для газов он составляет величину порядка 2-10 до 1-10 м 1сек. [c.178]

Теплопроводностью называется та форма передачи тепла, которая всецело обусловлена зависящими от местной температуры движениями микроструктурных элементов тела. В газах микро-структурными движениями являются беспорядочные молекулярные движения, интенсивность которых возрастает с увеличением температуры. Подобно тому как молекулярное движение обусловливает перенос массы—диффузию, перенос импульса — вязкость, таким же образом оно приводит к переносу энергии—теплопроводности. В твердых металлах при средних температурах передача тепла происходит вследствие движения свободных электронов, в совокупности образующих электронный газ , который по своему поведению похож на обычный газ. В неметаллических твердых телах теплопроводность осуществляется в основном упругими, акустическими волнами, образуемыми вследствие согласованности смещений всех молекул и всех атомов из их равновесных положений. Взаимодействие волн приводит к энергетическому обмену между ними, что проявляется в изменении одних амплитуд за счет других, а также в сдвиге фаз колебаний. Выравнивание температуры из-за теплопроводности можно понимать, имея в виду описанный механизм, как переход к беспорядочному распределению накладывающихся друг на друга волн, при котором распределение энергии колебаний равномерно во всем теле. Следует заметить, что упругостная составляющая теплопроводности способна играть некоторую роль и в металлических телах. Что касается жидкости, то там она вновь получает первостепенное значение. Микрофизические теории теплопроводности отличаются большой сложностью и во многом еще не завершены. В настоящем курсе, как было уже сказано, вся проблема будет рассматриваться только в макроскопическом плане. [c.9]

Атомы активных осадков склонны образовывать агрегаты даже в газовой фазе—за счет адсорбции на пылинках или непосредственной конденсации. Присутствие в газе полярных молекул облегчает, повидимому, образование ядер конденсации. Проводя аналогию с радиоколлоидами в жидкостях, можно говорить о радиоаэроколлоидах или о радиоаэрозолях. Подтверждением такой точки зрения может служить быстрое уменьшение со временем коэффициента диффузии активного осадка радона. То же было подтверждено и с ТЬС". Наблюдалось образование этих активных осадков в поле тяжести [9] или центробежных сил [23, 24]. Ско- [c.26]

Для твердых тел (жидкостей) свойственна внутренняя сорбция (атомов, ионов, молекул), протекающая на внутренних поверхностях твердых тел (на границах зерен и дефектов его структуры, обладающих свободной поверхностной энергией) и т.п. Возможен процесс внутреннего поглощения веществ в газах, жидкостях и твердых телах (абсорбция). Жидкость или твердое тело, поглощающее газ или растворенное вещество, называют абсорба-том. Этот процесс обусловлен как диффузией абсорбатов в абсорбентах, так и процессами их растворения. [c.75]

Механизм ранних стадий поглощения кислорода . Послед-ние исследования в области свойств поверхностей дали более ясное понимание того, каким образом кислород поглощается твердыми телами. Молекулы кислорода легко пристают благодаря действию обычных интермолекулярных сил (сил Ван-дер-Ваальса) к металлической поверхности, свободной от газа эта физическая адсорбция происходит почти мгновенно. Более медленно, но со скоростью, увеличивающейся вместе с температурой, кислород может вступать в химическое взаимодействие с металлическим основанием, вследствие обмена электронов между кислородом и атома.ми металла. Кислородная молекула должна получить некоторое количество энергии прежде, чем она сможет перейти в это состояние химической адсорбции ( хеми-сорбции , как большинство исследователей ее называет). Однако, если это происходит, кислород гораздо более прочно закрепляется, чем прежде Поверхность металла, покрытую химически адсорбированным кислородом, можно рассматривать как двухмерное химическое соединение, Кислород может диффундировать в металл через трещины в зернах или в пустотах между зернами или, если позволяет энергия, в самую решетку. В последнем случае получается уже трехмерная окисная пленка. Если существует такая форма окисла, которая может быть получена из металла просто проникновением кислородных атомов в существующую решетку, тогда сперва образуется псевдоморфная окисная (пленка. Она часто бывает неустойчивой и переходит, в некоторые другие формы окиси, в которых первоначальная структура решетки теряется. Пленка в этом случае будет утолщаться, как уже было указано, благодаря диффузии кислорода внутрь и металла наружу сквозь пленку. [c.108]

Однако процесс дегазации металлических расплавов ультразвуком еще недостаточно изучен. Наиболее достоверной считают следующую гипотезу под влиянием ультразвука возникает в расплаве кавитация. В образованные кавитационные пустоты проникает растворенный газ. При замыкании кавитационных пузырей этот газ не успевает снова раствориться в металле и образует газовые пузырьки. У алюминия водородные атомы в этих пузырьках соединяются в молекулы. Зародыши газовых пузырьков образуются и в полупериоде разрежения при распространении упругих ультразвуковых колебаний в расплаве, так как при уменьшении давления уменьшается растворимость газов. После этого газовые пузырьки под влиянием колебательных движений коагулируют и когда достигают определенных размеров, всплывают. Ускорение диффузии под действием ультразвука тоже может стимулировать нарастание газовых пузырьков. Однако в этих условиях дегазирующее влияние ультразвука можно ожидать только тогда, когда пузырьки могут всплывать на поверхность, т. е. когда вязкость металла мала. Такие ус- ловня создаются только в металлах с постоянной вязкостью т. е. при постоянной температуре. При медленном отвердевании и малом содержании газов возможна дегазация ультразвуком. Однако обычно ультразвуковая обработка прп отвердевании приводит к появлению дополнительной пористости, так как образовавшиеся пузырьки не могут выделяться из сплава [2]. [c.52]

ДИФФУЗИЯ (от лат. diffusio — распространение, растекание), взаимное проникновение соприкасающихся в-в друг в друга вследствие теплового движения ч-ц в-ва. Д. происходит в направлении уменьшения концентрации в-ва и ведёт к его равномерному распределению по занимаемому объёму (к выравниванию хим. потенциала). Д. имеет место в газах, жидкостях и тв. телах, причём диффундировать могут как находящиеся в них ч-цы посторонних в-в, так и собственные 4-ны самодиффузия). Д. крупных ч-ц, взвешенных в газе или жидкости (напр., ч-ц дыма или суспензии), осуществляется благодаря их броуновскому движению. Ниже в статье рассматривается Д. молекул (или атомов). [c.174]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...