Тасымалдау құбылысы. Диффузия. Жылу өткізгіштік. Меншікті жылу сиымдылығы

Тасымал құбылысы пайда болуы деп – энергияның (жылуөткізгіштік), массаның (диффузия), импульстің (ішкі үйкеліс) кеңістіктік тасымалы болатын термодинамикалық тепе-теңсіздік жүйедегі қайтымсыз процесті айтамыз.Тасымалдың бағытымен қозғалатын Х осін таңдап, қарапайым бір уақыттағы жағдайды қарастырамыз. Бірлік ауданнан (S = 1) өтетін реттелген қозғалыстағы бөлшектер үшін энергияның, заттың және импульстің ағынын алып қарастырамыз. Ол аудан идеал газдың тығыздығына (ρ) арналған х осіне перпендикуляр, мұнда сонымен қатар,

‹ v › - молекуланың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы ‹ l › - еркін жүріп өтудің орташа ұзындығы.

Жылу өткізгіштік. Бұл сыртқы әсердің есебінен температура айырымы пайда болған кезде жүретін құбылыс. Бұл жағдайда газ молекулаларының көлемі әр жерде әртүрлі кинетикалық энергияға ие болады. Кез - келген молекулалардың хаостық жылу қозғалысы молекулалардың бағытын ішкі энергияны тасымалдау процесіне әкеп соғады.Тасымалдау энергиясы Фурье заңымен

жазылады j_E=- λ dT/dx, Мұндағы, j_Е- жылулық энергия, λ- жылу өткізгіштік коэффициенті λ = ⅓с_vp‹v›‹l› dT/dx – температураның градиенті C_v - V=const болған жағдайдағы

газдың меншікті тығыздығы (1кг газды 1К – ге қыздыру үшін қажет жылу мөлшері)

Диффузия - бір-біріне жанасқан кездегі 2 газдың, сұйықтың, тіпті қатты дененің бөлшектерінің өздігінен бір - біріне өтуі және араласуы. Диффузия таза газда газ көлеміндегі әртүрлі тығыздықтан, ал аралас газдарда олардың концентрациялық әртүрлілігінен болады.

Массаның тасымалдануында химиялық J_m = - D dp/dx; біртекті біртекті газдар үшін Фик заңы орындалады.

Jm- массаның ағын тығыздығы, D - диффузия коэффициенті, - тығыздық градиенті. Заттың меншікті жылусыйымдылығы C – 1кг

затты 1К-ге қыздырғандағы кеткен шама. Өлшем

бірлігі - Дж/(кг*К) Мольдік жылусыйымдылық С_μ –заттың 1 молін 1К-ге қыздырғандағы кеткен жылу мөлшеріне

тең шама. Өлшем бірл.- (Дж/моль*К) C_μ ж/е C арасындағы байланыс: Егер заттарды қыздыру процессі кезінде оның көлемі немесе қысымы тұрақты болса, онда тұрақты көлемдегі (с_v және С_v) және тұрақты қысымдағы (с_р С_р) жылу сыйымдылықтарды (меншікті және мольдік) ажыратамыз.

Электростстикалық өріс. Кулон заңы. Электр зарядының бар болуы зарядталған денелердің басқадай денелермен өз ара әсерлесетіндігінен көрінеді. Шартты түрде оң және теріс деп аталатын екі түрлі электр заряды бар. Бірдей таңбалы зарядтар бір - бірінен тебіледі, әртүлі таңбалылары тартылады. Элементар бөлшектердің барлығының да заряды (егер ол нольге тең болмаса) абсолют шамасы бойынша бірдей болады. Оны элементар заряд деп атауға болады. Біз оны әрпімен белгілейміз. Кулонмен өрнектелген элементар заряд мынаған тең: . Егер әйтеуір бір себеппен (мысалы, үйкеу арқылы) денеде бір таңбалы бөлшектердің артық санын туғызсақ (осыған сәйкес мұнда екінші таңбалы бөлшек жетіспейтін болады), онда дене зарядталған болады.

Кулон заңы. Бірдей таңбалы зарядтарды (немесе аттас зарядталған деп аталатын) тасушы денелер бірін-бірі тебеді. Ал, әр аттас зарядты денелер бірін-бірі тартады. Нүктелік деп аталатын зарядтардың өз ара әсер күші бағынатын заңды 1785 жылы Кулон анықтаған. Нүктелік заряд - электрленген материялық нүкте. Нүктелік заряд деп осы дененің электр зарядтарын тасымалдайтын басқа денелерге дейінгі қашықтығымен салыстырғанда мөлшерін ескермеуге болатын зарядталған денені айтады.

Кулон заңы былай тұжырымдалады: нүктелік екі зарядтың өз ара әсер күші әрбір зарядтардың шамаларына пропорционал және олардың ара қашықтығының квадратына кері пропорционал. Кулон заңы мына формуламен өрнектеледі:

.

мұндағы: - пропорционалдық коэффициент, мен өз ара әсерлесетін зарядтардың шамалары, - олардың ара қашықтығы.

СИ системасында зарядтың бірлігі Кулон (К) болып табылады.

Кулон заңындағы пропорционалдық коэффициентті - ге тең деп алады. - шамасы электрлік тұрақты деп аталады. Ол мынаған тең: . Оның өлшеуіштігі электр сиымдылығын ұзындықққа бөлгенге тең. Осыған сәйкес оның бірліктерін фарад бөлінген метр деп өрнектейді.

Егер әсерлесуші зарядтар изотропты ортада болса, онда Кулон күші мынаған тең: F = ; Мұндағы: - ортаның диэлектрлік өтімділігі. Вакуумның диэлектрлік өтімділігі =1.

Электр зарядының көлемдік тығыздығы - r= ;

Электр зарядының беттік тығыздығы - s= ;

Электр зарядының сызықтық тығыздығы - = ;

Егер жүйе сыртқы ортамен ешбір электр зарядтарымен алмаспаса, ондай жүйені – оқшауланған электр жүйесі дап атайды. Оқшауланған электр жүйесі үшін электр зарядының сақталу заңы орындалады.

Кез-келген тұйықталған жүйеде электр зарядтарының алгебралық қосындысы әр уақытта өзгеріссіз қалып отырады, яғни

Оқшаулаған жүйені құрайтын зарядталған денелер немесе бөлшектердің алгебралық қосындысы барлық процестерде өзгермейді.

Фотоэффект — заттан электромагниттік сәуленің әсерінен электрондардың шығу құбылысы. Фотоэффектіні 1887 ж. неміс ғалымы Генрих Герц ашқан. Жарық фотондарының жұтылуынан электрондар сәулеленетін денеден сыртқа, вакуумғашығатын фотоэффект «сыртқы фотоэффект» деп аталады. Металл емес қатты денеде (шалаөткізгіште, диэлектрикте) фотоэффект бірқалыпты емес заряд тасымалдаушылардың пайда болуына әкеледі. Бұл жағдайдашалаөткізгіштердің және диэлектриктердіңөткізгіштігі өзгереді (өседі) немесе фазааралық шекараларда (мысалы, р-п өткелінде) фотоэлектр қозғаушы күші пайда болады. Бұл құбылыс «ішкі фотоэффект» деп аталады.

Фотоэффект негізінде жұмыс істейтін шалаөткізгіш аспаптар (фоторезистор,фотодиод, фототранзистор және т.б) электрондық техникада жиі қолданылады. Сыртқы фотоәффектке арналған Әйнштейн теңдеуі: Бұл теңдеу фотоәлектрондардың кинетикалық әнергиясының түскен жарықтың жиілігіне тәуелділігін түсіндіреді (2-заң). Фотоәлектрондардың кинетикалық әнергиясы нольге тең болатын жарықтың шектік жиілігі:

(немесе) Фотоәффекттің қызыл шегарасы болып табылады (3-заң).

Әйнштейн теңдеуінің басқаша түрде жазылуы:

Магнит өрісінің энергиясы. Магнит өрісі деп өткізгіштердің электр тогымен өзара әсерлесуі нәтижесінде жүзеге асатын материя түрін айтады. Магнит өрісінде әрқашанда энергия болады. Ол шама жағынан, сол өрісті тудыру үшін атқарылған жұмысқа тең, және өріс жоғалғанда энергияда түрленіп кемиді. Тізбектегі немесе контурдағы ток күшейгенде оның туғызатын магнит өрісі де күшейеді, сондықтан осы магнит өрісінен өнген энергия магнит өрісінің энергиясы болып табылады. Магнит өрісінің энергиясы: . Магнит өрісінің энергиясының тығыздығы: .

Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа әсері Лоренц күші Магнит өрісі тек тоғы бар өткізгішке ғана емес, сол сияқты кез келген қозғалыстағызарядтарғадаәсерететіндігінкөптегенэксперименттердіңнәтижелерідәлелдеді. АлмагнитөрісіндегіәрзарядқаәсерететінкүштіЛоренцкүшідепатайды.Лоренцкүшініңбағытынсолқолережесібойыншаанықтайды, яғнимагнитиндукциясыалақандытесіпөтсе, саусақтарэлектрондаржылдамдығыныңбағытынкөрсетсе, ондабасбармақ Лоренцкүшініңбағытынанықтайды.Сонымен, Лоренц күші электрондардыңжылдамдығынаперпендикулярболып, оларғанормальүдеуберіпотырды. Лоренцкүшімагнитөрісіндеешқандайжұмысістемейді.Күштекэлектрондардыңжылдамдығыныңбағытынғанаөзгертеді.Олайболсажылдамдықтыңшамасыменкинетикалықэнергиясымагнитөрісіндеөзгермейді.Жалпымагнитөрісіндегіқозғалыстағызарядқамагнитидукциясынанбасқа, кернеулігіэлектрөрісідеәсеретеді. Магнитөрісіешуақыттатыныштықтатұрғанэлектрзарядынаәсеретпей, текқанақозғалыстағызарядтарғағанаәсеретеді. Бұлтұрғыдамагнитөрісініңэлектрөрісінен ерекшелігініңбарекенідігінбайқауғаболады.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: