background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

Wykład 17 

17.  Kinetyczna teoria gazów i termodynamika II 

17.1  Średnia droga swobodna 

Średnia droga swobodna to inaczej średnia odległość między miejscami kolejnych 

zderzeń

. Zależy od rozmiarów cząsteczek i od ich liczby w jednostce objętości. 

Rozpatrujemy cząstkę kulistą o średnicy  d. Zderzenie będzie miało miejsce gdy odle-
głość między środkami będzie mniejsza niż d. Inaczej mówiąc cząsteczka jest "tarczą" o 
powierzchni 

σ = πd

2

 

 
Ta powierzchnia nosi nazwę 

całkowitego przekroju czynnego

W czasie t cząsteczka poruszająca się z prędkością v "przemiata" objętość walca 

v

t

σ. 

Jeżeli n jest liczbą cząsteczek w jednostce objętości to w tym walcu nasza cząstka napo-
tka (zderzy się z) 

n

z

 = 

v

t

σ

cząstek. 
Średnia droga swobodna to średnia odległość pomiędzy punktami kolejnych zderzeń. 
Jest ona równa całkowitej odległości przebywanej przez cząstkę podzielonej przez licz-
bę zderzeń 

 

n

d

n

n

t

t

2

1

1

π

σ

σ

λ

=

=

=

v

v

 (17.1) 

 
To równanie wyprowadzono w oparciu o założenie, że cząstka zderza się z nierucho-
mymi obiektami. W rzeczywistości cząsteczki uderzają w poruszający się cel. Częstość 
zderzeń jest większa, a średnia droga swobodna mniejsza 
 

 

n

d

2

2

1

π

λ =

 (17.2) 

 
Zwróćmy uwagę, że wtedy w równaniu (17.1) dwie występujące tam prędkości są róż-
ne: prędkość w liczniku to prędkość średnia   cząsteczek względem naczynia, a pręd-
kość w mianowniku to średnia prędkość względna 

wzgl

v

 w stosunku do innych cząste-

czek. Można się przekonać jakościowo, że 
 

wzgl

v

 >  

 
Np. gdy cząstki biegną naprzeciw siebie to 

wzgl

v

= 2, gdy pod kątem prostym to 

v

v

2

=

wzgl

, a gdy w tę samą stronę to 

wzgl

v

 = 0. Uwzględniając rzeczywisty rozkład 

prędkości otrzymujemy 

v

2

=

wzgl

v

Przykład 1 

 

17-1 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

Cząstki powietrza w temperaturze 273 K i pod ciśnieniem 1 atm. 
d = 2·10

-8

 cm,  = 10

5

 cm/s, n = 3·10

19

/cm

3

.  

Wówczas średnia droga swobodna jest równa 2·10

-5

 cm (około 1000d). 

Odpowiednia częstość zderzeń wynosi 5·10

9

/s. 

17.2 Rozkład prędkości Maxwella 

Na poprzednim wykładzie omawialiśmy prędkość  średnią kwadratową cząsteczek 

gazu. Jednak każdy gaz ma charakterystyczny rozkład prędkości, który zależy od tem-
peratury (cząstki nie mogą mieć takich samych prędkości bo prędkości zmieniają się w 
wyniku zderzeń). 
Clerk Maxwell podał prawo rozkładu prędkości cząsteczek, które dla gazu zawierające-
go N cząsteczek ma postać 
 

 

kT

m

e

kT

m

N

N

2

2

2

3

2

2

4

)

(

v

v

v

=

π

π

 (17.3) 

 
W równaniu tym N(

v

)d

v

 jest liczbą cząstek o prędkościach z przedziału od 

v

 do 

v

 + 

d

v

T - temperatura bezwzględna, k - stała Boltzmana, m - masa cząsteczki. 

Całkowitą liczbę cząsteczek można zatem obliczyć dodając (całkując) liczby dla po-
szczególnych różniczkowych przedziałów prędkości 
 

=

0

d

)

(

v

v

N

N

 

 
Na rysunku przedstawiony jest rozkład Maxwella dla dwóch różnych temperatur. 
 

0.000

200.000 400.000 600.000 800.000 1000.000

__

_

   v
   v

2

   v

p

v (m/s)

N(

v)

T=300 K

T=70 K

 

gdzie - prędkość średnia, 

2

 - prędkość średnia kwadratowa, 

v

p

 – prędkość najbar-

dziej prawdopodobna. 

 

17-2 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

Krzywa nie jest symetryczna bo dolny limit równy jest zeru podczas gdy górny nie-
skończoności. Ze wzrostem temperatury rośnie prędkość  średnia kwadratowa. Obszar 
prędkości jest teraz większy. Ponieważ liczba cząstek (pole pod krzywą) jest stała więc 
rozkład się "rozpłaszcza". Wzrost, wraz z temperaturą, liczby cząstek o prędkościach 
większych od danej tłumaczy wiele zjawisk takich jak np. wzrost szybkości reakcji 
chemicznych towarzyszących zwiększeniu temperatury. Z równania widać, że rozkład 
prędkości zależy od masy cząsteczek. Im mniejsza masa tym więcej szybkich cząste-
czek (w danej temperaturze). Dlatego wodór łatwiej ucieka z górnych warstw atmosfery 
niż tlen czy azot. 

17.3  Równanie Van der Waalsa 

Równanie stanu gazu doskonałego 
 

pV = nRT 

 
dobrze opisuje gazy rzeczywiste ale przy małych gęstościach. Przy większych gęsto-
ściach nie można pominąć faktu, że cząstki zajmują część objętości dostępnej dla gazu 
oraz że zasięg sił międzycząsteczkowych może być większy niż odległości międzyczą-
steczkowe. 

J.D. Van der Waals wprowadził zmienione równanie stanu gazu, które uwzględnia 

te czynniki. Jeżeli cząstki posiadają skończoną objętość to rzeczywista objętość dostęp-
na dla cząstek jest mniejsza od objętości naczynia. "Objętość swobodna" jest mniejsza 
od objętości naczynia o "objętość własną" cząsteczek b. Jeżeli oznaczymy przez v obję-
tość przypadającą na jeden mol 

v

 = V/n to otrzymamy zmodyfikowane równanie stanu 

gazu 
 

p(v – b) = RT 

 
Można również prosto uwzględnić efekt sił międzycząsteczkowych. Siły przyciągania 
pomiędzy n cząsteczkami (na jednostkę objętości) "po lewej" z n cząsteczkami (na jed-
nostkę objętości) "po prawej" jest proporcjonalna do n

2

 czyli proporcjonalna do 1/

v

2

Siła przyciągająca znajduje swoje odzwierciedlenie w dodatkowym ciśnieniu, które zo-
stało uwzględnione w równaniu Van der Waalsa 
 

 

RT

b

a

p

=

 +

)

(

2

v

v

 (17.4) 

 
gdzie stałe a i b wyznaczamy doświadczalnie. (Równanie Van der Waalsa też bywa za-
wodne ale nie jest znana prosta formuła, która stosowałaby się do różnych gazów w 
różnych warunkach). 
Na rysunku poniżej porównano zachowanie się gazu doskonałego (rysunek po lewej) 
w stałej temperaturze z gazem Van der Waalsa (po prawej). 

 

17-3 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

2 0

300

350

400

 

 

17.4  Entropia i druga zasada termodynamiki 

17.4.1  Procesy odwracalne i nieodwracalne 

Rozpatrzmy dwa przypadki izotermicznego sprężanie gazu. 

1. Tłok przesuwamy bardzo szybko i czekamy aż ustali się równowaga z otoczeniem. 

W czasie takiego procesu ciśnienie i temperatura gazu nie są dobrze określone bo 
nie są jednakowe w całej objętości.  

2. Tłok przesuwamy bardzo powoli, tak że ciśnienie i temperatura gazu są w każdej 

chwili dobrze określone. Ponieważ zmiana jest niewielka to gaz szybko osiąga no-
wy stan równowagi. Możemy złożyć cały proces z ciągu takich małych przesunięć 
tłoka i wtedy podczas całego procesu gaz jest bardzo blisko równowagi. Jeżeli bę-
dziemy zmniejszać nasze zmiany to w granicy dojdziemy do procesu idealnego, w 
którym wszystkie stany pośrednie (pomiędzy początkowym i końcowym) są stana-
mi równowagi. 

Proces typu (1) nazywamy 

procesem nieodwracalnym

 a proces typu (2) 

procesem 

odwracalnym

Proces nazywamy odwracalnym gdy za pomocą bardzo małej (różniczkowej) zmiany 

otoczenia można wywołać proces odwrotny do niego tzn. przebiegający po tej samej 
drodze w przeciwnym kierunku

17.4.2 Cykl Carnota 

Bardzo ważnym cyklem odwracalnym jest cykl Carnota. Cykl ten wyznacza granicę 

naszych możliwości zamiany ciepła na pracę. 
1) Gaz znajduje się w stanie p

1

V

1

T

1

 (punkt A). Cylinder stawiamy na zbiorniku ciepła 

i pozwalamy,  żeby gaz rozprężył się izotermicznie do stanu p

2

V

2

T

1

 (punkt B). Gaz 

pobiera ciepło Q

1

2) Cylinder stawiamy na izolującej podstawce i pozwalamy na dalsze rozprężanie adia-
batyczne gazu (np. zmniejszając obciążenie tłoka) do stanu p

3

,  V

3

,  T

2

 (punkt C). Gaz 

wykonuje pracę przy podnoszeniu tłoka i jego temperatura spada do T

2

 

17-4 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

3) Cylinder stawiamy na (zimniejszym) zbiorniku (T

2

) i sprężamy gaz izotermicznie do 

stanu p

4

V

4

T

2

 (punkt D). Z gazu do zbiornika przechodzi ciepło Q

2

4) Cylinder stawiamy na izolującej podstawce i sprężamy adiabatycznie do stanu p

1

V

1

T

1

 (punkt A). Siły zewnętrzne wykonują pracę i temperatura gazu podnosi się do T

1

A

B

C

D

Q

Q

W

T

T

V

 

Wypadkowa praca W wykonana przez układ w czasie pełnego cyklu jest opisana 

przez powierzchnię zawartą wewnątrz krzywej 1,2,3,4. Wypadkowa ilość ciepła pobra-
na przez układ podczas jednego cyklu wynosi Q

1

 - Q

2

. Wypadkowa zmiana energii we-

wnętrznej wynosi zero bo stan końcowy pokrywa się z początkowym. Z pierwszej zasa-
dy termodynamiki mamy więc 
 

W = Q

1

 – Q

2

 

 
Sprawność silnika wynosi 
 

 

1

2

1

1

2

1

1

T

T

T

Q

Q

Q

Q

W

=

=

=

η

 (17.5) 

 
Cykl Carnota można prowadzić w kierunku przeciwnym (maszyna chłodząca). 

17.4.3  Druga zasada termodynamiki 

Zwróćmy jeszcze raz uwagę na to, że w trakcie pracy (cyklu) silnika cieplnego 

część pobieranego ciepła była oddawana do zbiornika o niższej temperaturze i w konse-
kwencji ta ilość ciepła nie była zamieniana na pracę. Powstaje pytanie, czy można 
skonstruować urządzenie, które pobierałoby ciepło i w całości zamieniałoby je na pra-
cę? Moglibyśmy wtedy wykorzystać ogromne (z naszego punktu widzenia nieskończo-
ne) ilości ciepła zgromadzone w oceanach, które byłyby stale uzupełniane poprzez 
promieniowanie słoneczne. 
  Negatywna, niestety, odpowiedź na to pytanie jest zawarta w 

drugiej zasadzie ter-

modynamiki

. Poniżej podane zostały równoważne sformułowania tej zasady 

1) Nie można zbudować perpetum mobile drugiego rodzaju. 
2) Gdy dwa ciała o różnych temperaturach znajdą się w kontakcie termicznym, wów-
czas ciepło będzie przepływało z cieplejszego do chłodniejszego. 

 

17-5 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

3) Żadna cykliczna maszyna cieplna pracująca pomiędzy temperaturami T

1

 i T

2

 nie mo-

że mieć sprawności większej niż (T

1

 - T

2

)/T

1

4) W układzie zamkniętym entropia nie może maleć. 

Rozpatrzmy następujący schemat (pokazany na rysunku poniżej),w którym super 

silnik o sprawności większej od silnika Carnota napędza ten silnik. Efektem końcowym 
jest przeniesienie dwóch jednostek ciepła z zimniejszego do cieplejszego zbiornika. 
 

T

1

 (gor¹ cy zbiornik) 

Q

1

=4 

Q

1

'

=6 

Silnik 
Carnota 
η =0.5

 

Super 
silnik 
η

S

=0.75

 

W=3 

Q

2

=1 Q

2

'

=3 

T

2

 (zimny zbiornik) 

 

 

17.4.4  Termodynamiczna skala temperatur 

Pokazaliśmy więc, że sprawność silnika Carnota jest równa 

 

1

2

1

1

2

1

1

T

T

T

Q

Q

Q

Q

W

=

=

=

η

 

 
Wynika stąd, że 

T

1

/T

2

 = Q

1

/Q

2

 

 
Zatem stosunek temperatur dowolnych zbiorników ciepła można wyznaczyć mierząc 
przenoszenie ciepła podczas jednego cyklu Carnota. Powyższy wzór stanowi definicję 

termodynamicznej skali temperatur

. 

17.4.5 Entropia 

• 

Zerowa zasada termodynamiki wiąże się z pojęciem 

temperatury 

•  Pierwsza zasada termodynamiki wiąże się z pojęciem 

energii wewnętrznej

 

• 

Druga zasada termodynamiki wiąże się z pojęciem 

entropii 

 

17-6 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

Entropia jest 

miarą nieuporządkowania

 układu cząstek. Im większy jest stan niepo-

rządku położeń i prędkości w układzie tym większe prawdopodobieństwo, że układ bę-
dzie w tym stanie. 
Przykłady sytuacji gdy nieuporządkowanie rośnie bo tracimy część zdolności do klasy-
fikacji cząstek. 
•  Rozprężanie swobodne 
•  Przepływ ciepła do wyrównania temperatur 
Z definicji entropia S układu jest równa 
 
  

S = kln

ω  

(17.6) 

 
gdzie  k - stała Boltzmana, 

ω - prawdopodobieństwo,  że układ jest w danym stanie 

(w odniesieniu do wszystkich pozostałych stanów). 
Zgodnie z definicją prawdopodobieństwa układ częściej będzie w stanie o większym 
prawdopodobieństwie niż w stanie o mniejszym prawdopodobieństwie. Układ więc 
"poszukuje" stanów o większym prawdopodobieństwie, a w miarę wzrostu 

ω rośnie 

również S. Stąd 

S ≥ 0 

 
To jest czwarte sformułowanie  drugiej zasady termodynamiki. Pokażmy,  że pozostałe 
sformułowania są mu równoważne. 
 

S = S

2

 

− S

1

 = kln

ω

2

 

− kln

ω

1

 

 

S = kln(

ω

2

/

ω

1

 
Rozpatrzmy teraz swobodne rozprężanie gazu od objętości  V

1

 do objętości końcowej 

V

2

Względne prawdopodobieństwo znalezienia jednej cząstki w V

1

 w porównaniu do V

2

 

jest 
 

2

1

.

1

2

1

V

V

cz

=





ω

ω

 

 
Dla N cząstek stosunek prawdopodobieństw 
 

N

Ncz

V

V





=





2

1

.

2

1

ω

ω

 

 
Otrzymujemy więc 
 

S =Nkln(V

2

/V

1

 
Podzielmy i pomóżmy równanie przez T; otrzymamy wtedy 

 

17-7 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

 

T

V

V

NkT

S

1

2

ln

=

 

 
Wyrażenie w liczniku jest równe ilości ciepła 

Q dostarczonego do układu aby ten 

przeszedł do stanu końcowego w sposób odwracalny (rozprężanie izotermiczne). 
 

 

T

Q

S

T

Q

S

d

d

d

lub

=

=

 (17.7) 

 
więc ostatecznie 
 

 

=

T

Q

S

d

 (17.8) 

 
gdzie dQ jest ciepłem dostarczanym do układu w procesie odwracalnym. 

Entropia S jest termodynamiczną funkcją zależną tylko od początkowego i końcowego 
stanu układu, a nie od drogi przejścia pomiędzy tymi stanami

 (termodynamiczna defini-

cja entropii). 

Z tego punktu widzenia szczególnie interesujące są procesy adiabatyczne nie zwią-

zane z przepływem ciepła pomiędzy układem i otoczeniem. W procesie adiabatycznym 
dQ = 0, więc dla procesu odwracalnego dS = 0 na podstawie równania (17.8). 

Oznacza to, że 

entropia układu izolowanego adiabatycznie, w którym zachodzą pro-

cesy odwracalne, jest stała

. Jednocześnie można pokazać, że 

dla procesu adiabatyczne-

go nieodwracalnego, entropia układu rośnie

 Można uogólnić zasadę wzrostu entropii na układy nieizolowane adiabatycznie tzn. 
takie, które wymieniają ciepło z otoczeniem. Traktujemy wtedy nasz układ i otoczenie 
razem jako jeden "większy" układ ponownie izolowany adiabatycznie. Wtedy 
 

0

d

d

+

o

S

S

 

 
gdzie dS

o

 jest zmianą entropii otoczenia. Zmienia się więc entropia naszego układu i 

otoczenia. Jeżeli proces jest odwracalny to podczas przenoszenia ciepła dQ z otoczenia 
do naszego układu entropia otoczenia maleje o dQ/T, a entropia układu rośnie o tę samą 
wartość dQ/T, więc całkowita zmiana entropii jest równa zeru. 

Zatem posługując się entropią (zgodnie z drugą zasadą termodynamiki) możemy 

stwierdzić czy 

dany proces może zachodzić w przyrodzie

Przykład 
Stosując wzór (17.8) można pokazać, np. że ciepło przepływa z ciała gorącego do zim-
nego, a nie odwrotnie. Dwa identyczne ciała o T

1

 i T

2

 kontaktujemy termicznie. Po 

chwili temperatury wynoszą odpowiednio T

1

 - dT

1

T

2

 + dT

2

 wskutek przepływu ciepła: 

 

dQ

1

 = -mcdT

1

  

i  dQ

2

 = mcdT

2

 

 

 

17-8 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

Ponieważ dQ

1

 = – dQ

2

 więc dT

1

 = – dT

2

 = dT 

Zmiana entropii każdego z ciał jest równa  
 

dS

1

 = – mcdT/T

1

 i  dS

2

 = mcdT/T

2

 

 
Wypadkowa zmiana entropii wynosi 
 

dS = mcdT(1/T

2

 – 1/T

1

 
skąd zmiana temperatury 
 





=

2

1

2

1

d

d

T

T

S

mc

T

T

T

 

 
dS jest dodatnia więc dT ma taki sam znak jak (T

1

 – T

2

). Tak więc jeżeli T

1

 > T

2

 to cie-

pło przepływa z ciała o T

1

 do ciała o T

2

Przypuśćmy, że ten strumień ciepła dQ

1

 został użyty do napędzania silnika Carnota pra-

cującego pomiędzy T

1

 i T

2

. Wówczas zgodnie z wyrażeniem na sprawność  

 

1

2

1

1

d

d

T

T

T

Q

W

=

 

 
można uzyskać pracę mechaniczną 
 

S

T

T

T

Q

T

W

d

1

1

d

d

2

1

2

1

2

=





=

 

 
Można pokazać całkiem ogólnie, że jeżeli w układzie  zamkniętym zawierającym ciała 
o różnych temperaturach następuje wzrost entropii dS to towarzyszy temu strata energii 
mechanicznej dW równa iloczynowi dS i temperatury najchłodniejszego ciała. 
Uwaga: możliwe jest lokalne zmniejszenie entropii, kiedy jednak bierze się pod uwagę 
wszystkie części układu (układ zamknięty) to wypadkowa zmiana entropii będzie równa 
zeru lub będzie dodatnia. 

17.5  Stan równowagi, zjawiska transportu 

17.5.1 Stan równowagi 

Stan równowagi układu to taki stan, w którym żaden z parametrów potrzebnych do 

makroskopowego opisu układu nie zależy od czasu. Dla układu jednorodnego (np. ga-
zu) w stanie równowagi wystarcza znajomość dwu podstawowych parametrów stanu 
np. ciśnienie i objętość. 
Opis komplikuje się gdy mamy układ niejednorodny np. ciecz w równowadze z parą. 
Dla danej temperatury stan równowagi tego układu jest możliwy przy różnych objęto-
ściach układu (od objętości zależy ilość fazy ciekłej i gazowej). Natomiast temperatura i 

 

17-9 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

ciśnienie przestają być niezależne. W każdej temperaturze równowaga jest możliwa tyl-
ko przy określonym ciśnieniu
 (pary nasyconej). Przy wyższym istnieje tylko ciecz, przy 
niższym para. Podobnie ciecz i ciało stałe mogą istnieć w równowadze tylko w tempera-
turze topnienia
, która jest funkcją ciśnienia. Wreszcie ciało stałe współistnieje w rów-
nowadze z parą nasyconą, której ciśnienie jest funkcją temperatury. Krzywe równowagi 
pokazane na rysunku poniżej. 
Literą a oznaczona jest krzywa równowagi ciało stałe - ciecz (związek temperatury top-

nienia z ciśnieniem). Krzywa a' przedstawia tę zależność dla kilku nietypowych sub-
stancji, które przy topnieniu zmniejszają objętość np. lód. 

p

T

a

a'

b

b'

K

P

I

II

III

Krzywa  b + b' pokazuje zależność ciśnienia pary nasyconej od temperatury. Punkt P 
nazywamy  punktem potrójnym. Odcinek b' to krzywa równowagi ciało stałe – para, a 
odcinek b krzywa równowagi ciecz – para. W punkcie potrójnym mogą istnieć wszyst-
kie trzy stany skupienia. Dla wody odpowiada to ciśnieniu p = 4.57 mm Hg, T = 273.16 
K (O 

°C). Krzywa b kończy się w punkcie krytycznym K powyżej którego nie istnieje 

różnica pomiędzy gazem i cieczą. Dlatego żeby skroplić gaz trzeba obniżyć temperaturę 
poniżej temperatury krytycznej. 

17.5.2 Zjawiska transportu 

Dotychczas zajmowaliśmy się  właśnie układami w stanie równowagi. Teraz zapo-

znamy się z bardzo uproszczonym opisem zjawisk, które zachodzą gdy układ dąży do 
takiego stanu. W zjawiskach tych mamy zawsze do czynienia z przenoszeniem (trans-
portem): 
•  materii 
•  energii 
•  pędu 
•  ładunku elektrycznego 
Wszystkie te zjawiska transportu opisujemy w pierwszym przybliżeniu za pomocą rów-
nania różniczkowego, które 

przedstawia propagację pewnej wielkości fizycznej 

ϕ mają-

cą na celu osiągnięcie równowagi 

 

 

x

K

j

∂ϕ

=

 (17.8) 

 
gdzie j jest gęstością strumienia wielkości 

ϕ (gęstość prądu), K jest stałą charakteryzu-

jącą daną sytuację fizyczną. Stałą K wiążemy z właściwościami mikroskopowymi rozpa-

 

17-10 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

trywanego układu statystycznego, z tzw. współczynnikami transportu. Wiążą się one 
z nośnikami np. cząsteczkami gazu, elektronami w metalu. 
• 

Dyfuzja w gazie 

czyli przenoszenie cząstek w kierunku obszarów o mniejszej kon-

centracji n (dążenie do wyrównania koncentracji). Równanie dyfuzji 
 

gradn

D

x

n

D

j

D

=

=

 

 
gdzie  j

D

  gęstość strumienia cząstek,  n - koncentracja cząstek. Równanie to znane jest 

pod nazwą prawa Ficka. 
Współczynnik dyfuzji (dla rozrzedzonego gazu) 
 

λ

v

3

1

=

D

 

 
• 

Przewodnictwo cieplne

 czyli transport energii, wskutek ruchu cząstek w kierunku 

obszaru o niższej T (dążenie do wyrównania temperatury). 
Równanie (prawo Fouriera) ma postać 
 

gradT

x

T

j

Q

κ

κ

=

=

 

 

gdzie j

Q

 jest gęstością strumienia ciepła, 

κ jest współczynnikiem przewodnictwa ciepl-

nego. Dla rozrzedzonego gazu 
 

λ

κ

V

c

nv

3

1

=

 

 
• 

Lepkość gazu

 polegająca na przenoszeniu pędu między warstwami gazu o różnych 

prędkościach (dążenie do wyrównania prędkości). 
Równanie (prawo Newtona) ma postać 
 

gradu

x

u

j

p

η

η

=

=

 

 
gdzie u jest prędkością (unoszenia) warstwy. Współczynnik lepkości dla rozrzedzonego 
gazu wynosi 

λ

η

m

nv

3

1

=

 

 
• 

Przewodnictwo elektryczne

 czyli przenoszenie ładunku elektrycznego w wyniku ru-

chu elektronów (dążenie do wyrównania potencjałów elektrycznych). Równanie (prawo 
Ohma) ma postać 
 

 

17-11 

background image

Z. Kąkol-Notatki do Wykładu z Fizyki

 

gradV

σ

ρ

σ

=

=

=

E

E

j

1

 

 
gdzie przewodność elektryczna 

σ jest dana wyrażeniem 

 

v

m

nq

m

nq

λ

τ

σ

2

2

=

=

 

 
Uwaga: wszystkie współczynniki transportu zależą od temperatury (poprzez prędkość 
średnią, średnią drogę swobodną itd.) 

 

17-12