КИНЕТИКА ФИЗИЧЕСКАЯ
теория
неравновесных макроскопич. процессов, т. е. процессов, возникающих в системах,
выведенных из состояния теплового (термодинамического) равновесия.
К К. ф. можно отнести термодинамику неравновесных процессов, кинетическую
теорию газов (в том числе плазмы), теорию процессов переноса
в твёрдых телах, а также общую статистич. теорию неравновесных процессов,
к-рая начала развиваться лишь в 50-е гг.
Все неравновесные процессы в адиабатически
изолированных системах (системах, не обменивающихся теплом с окружающими
телами) являются необратимыми процессами - происходят с увеличением
энтропии;
в
равновесном состоянии энтропия достигает максимума.
Как и в случае равновесных состояний,
в К. ф. возможны два способа описания систем: феноменологический, или термодинамический
(термодинамика неравновесных процессов), и статистический.
Термодинамический метод описания
неравновесных процессов При термодинамич. описании неравновесных процессов
рассматривается изменение в пространстве и времени таких макроскопических
параметров состояния системы, как плотность массы i-го компонента pi
(r, t), плотность импульса pu< (r, t), локальная темп-раТ(г,
t),
поток
массы i-го компонента ji (r, t), плотность потока внутр. энергии
q (r, t) [здесь r - координата, t - время,
и- ср.
массовая скорость, р - плотность массы]. В равновесном состоянии
системы р, pi, Т постоянны, а потоки равны нулю.
Термодинамич. описание неравновесных
процессов возможно лишь при достаточно медленном изменении параметров состояния
в пространстве и во времени для состояний, близких к равновесным. Для газов
это означает, что все термодинамич. параметры, характеризующие состояние
системы, мало меняются на длине свободного пробега и за время, равное ср.
времени свободного пробега молекул (ср. времени между двумя последоват.
столкновениями молекул). Медленные процессы встречаются практически
очень часто, т. к. установление равновесия происходит только после очень
большого числа столкновений; к ним относятся: диффузия, теплопроводность,
электропроводность и т. д. Отклонения от состояния термодинамич. равновесия
характеризуются градиентами темп-ры, концентрации (рi/р) и
массовой скорости (т. н. термодинамическими силами), а потоки энергии,
массы i-го компонента и импульса связаны с термодинамич. силами линейными
соотношениями. Коэффициенты в этих соотношениях наз. к инетическими коэффициентами.
Рассмотрим в качестве примера диффузию
в бинарной смеси, т. е. процесс выравнивания концентрации компонентов в
результате хаотического теплового движения молекул. Феноменологическое
ур-ние, описывающее процесс диффузии, получают с помощью закона сохранения
вещества и того опытного факта, что поток вещества одного из компонентов
вследствие диффузии прямо пропорционален градиенту его концентрации (с
обратным знаком). Коэфф. пропорциональности наз. коэффициентом диффузии.
Согласно ур-нию диффузии, скорость изменения концентрации вещества со временем
прямо пропорциональна дивергенции градиента концентрации с коэфф.
пропорциональности, равным коэфф. диффузии.
Решение ур-ния диффузии позволяет
определить время, в течение которого произойдёт выравнивание концентрации
молекул в системе (напр., в сосуде с газом) за счёт диффузии (время релаксации).
Время релаксации т
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я