Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

СТУДЕНТАМ на ЗАМЕТКУ

Разъяснение основных терминов

Формы и виды энергии

Условия успешной систематизации

Классификация физических систем

Основная идея системы

Таблицы физических величин

В чем новизна сайта?

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Систематизация величин         силовых полей

     Систематизация величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Обобщение явлений         переноса

     Критерии подобия всюду

     Альтернативные взгляды         на проблемы метрологии


Системный подход в экономике

История проблемы
систематизации величин


Учить физику по-новому!

Учебно-наглядные пособия


Каталог ссылок

Обновления на сайте

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Обобщенное уравнение явлений переноса

АННОТАЦИЯ. Приведена обобщенная запись уравнения явлений переноса для разных форм движения. Эта обобщенная запись сравнивается с записью аналогичных уравнений в современной физике.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

Уравнения явлений переноса в современной физике

В современной физике изучают три явления переноса: диффузию, теплопроводность и внутреннее трение. Соответственно имеются три эмпирические уравнения. Уравнение явления переноса при диффузии называют законом Фика:

Mi = – D (dρi /dz) S , ( 1 )

где Mi – поток массы i-го компонента, D – коэффициент диффузии, ρi – парциальная плотность i-го компонента, Оz – ось координат, S – площадь поперечного сечения потока i-го компонента. Уравнение явления переноса при теплопередаче называют законом Фурье:

q = – κ (dT/dz) S , ( 2 )

где q – поток теплоты, κ – коэффициент теплопроводности, T – термодинамическая температура, z - длина в направлении оси Оz. Уравнение явления переноса в гидродинамическом пограничном слое называют законом вязкого трения Ньютона, который можно записать так:

К = – η (du/dz) S , ( 3 )

где К – поток импульса, передаваемого от слоя к слою поперек потока жидкости, η – коэффициент вязкости (динамическая вязкость), u – продольная скорость. Уравнения приведены в записи из учебника по физике И.Соловьева (2005).

Обобщенное уравнение явлений переноса

Все три уравнения имеют одинаковую структуру, отличаясь лишь физическим содержанием и размерностями. Поэтому запишем все три уравнения в виде обобщенного уравнения явлений переноса вдоль оси направления переноса Оl:

ΦR = – kR (dРR /dl) S , ( 4 )

где ΦR – поток энергоносителей диссипации конкретной формы движения, kRкоэффициент переноса в этой форме движения, РRдиссипативное противодействие переносу энергоносителей. Коэффициент переноса является удельной физической величиной, и потому на него условие однозначности не распространяется. Знак “–“ во всех уравнениях отражает противоположность направлений потока энергоносителей и диссипативного противодействия РR .

Наличие диссипативного противодействия в процессе движения энергоносителей через систему приводит к тому, что поток упорядоченно движущихся энергоносителей Φ, входящий в систему, делится как бы на две части. Часть потока переносит энергию через систему, а часть потока, обозначаемая символом ΦR , переносит энергию в неупорядоченную тепловую форму движения диссипации, остающуюся в системе, и потому ее можно назвать потоком энергоносителей диссипации. (Иначе говоря, энергия упорядоченного движения энергоносителей частично переходит в энергию хаотического теплового движения энергоносителей.) Коэффициент переноса kR в общем случае определяется уравнением

kR = l /RS , ( 5 )

где Rдиссипативное сопротивление трения. Подстановка уравнения (5) в уравнение (4) приводит к упрощенной записи обобщенного уравнения явлений переноса:

ΦR = – РR /R . ( 6 )

Особенности потока энергоносителей диссипациии

Размерность потока энергоносителей диссипации ΦR совпадает в с размерностью потока Φ, но это различные физические величины, так как у них разные определяющие уравнения и разное физическое содержание.

Например, в электрической форме движения поток энергоносителей Φ пропорционален электрическому току в проводнике, а поток энергоносителей диссипации ΦR пропорционален колебательной скорости узлов кристаллической решетки тела проводника. Значение ΦR определяется только сопротивлением системы R, а значение потока энергоносителей Φ определяется значениями всех параметров обобщенного уравнения динамики системы.

Поток энергоносителей диссипации ΦR согласно уравнению (6) обратно пропорционален диссипативному сопротивлению R. Следовательно, чем меньше диссипативное сопротивление, тем ΦR больше. При малом сопротивлении R перенос энергоносителей диссипации протекает в течение очень короткого промежутка времени. Например, при резком падении электрического сопротивления (коротком замыкании) переход электрической энергии в энергию тепловой формы движения диссипации резко усиливается, а сам переходный процесс протекает очень быстро.

© И. Коган Дата первой публикации 21.06.2008
Дата последнего обновления 25.01.2015

Оглавление раздела Предыдущая Следующая