Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ПЕРЕНОСА ЯВЛЕНИЯ

ПЕРЕНОСА ЯВЛЕНИЯ

ПЕРЕНОСА ЯВЛЕНИЯ - неравновесныепроцессы, в результате к-рых в физ. системе происходит пространственныйперенос электрич. заряда, вещества, импульса, энергии, энтропии или к.-л. <др. физ. величины. Общую феноменологич. теорию П. я., применимую к любойсистеме (газообразной, жидкой или твёрдой), даёт термодинамика неравновесныхпроцессов. Более детально П. я. изучает кинетика физическая. П. <я. в газах рассматриваются на основе кинетической теории газов с помощью кинетическогоуравнения Больцмана для ф-цни распределения молекул; П. я. в металлах- на основе кинетич. ур-ния для электронов в металле; перенос энергии внепроводящих кристаллах - с помощью кинетич. ур-ния для фононов кристаллич. <решётки. Общая теория П. я. развивается в неравно-весной статистич. механикена основе Лиувилля уравнения для ф-ции распределения всех частиц, <из к-рых состоит система (см. Грина - Кубо формулы).

Причина П. я. - возмущения, нарушающиесостояние термодинамич. равновесия: действие внеш. элек-трич. поля, наличиепространств. неоднородностей состава, темп-ры или ср. скорости движениячастиц системы. Перенос физ. величины происходит в направлении, обратномеё градиенту, в результате чего изолированная от внеш. воздействий системаприближается к состоянию термодинамич. равновесия. Если внеш. воздействияподдерживаются постоянными, П. я. протекают стационарно.

П. я. характеризуются необратимыми потоками J_i физ. величины, напр. диффузионным потоком вещества, <тепловым потоком или тензором потока импульса, связанного с градиентамискоростей. При малых отклонениях системы от термодинамич. равновесия потокилинейно зависят от термодинамич. сил Х_k, вызывающихотклонение от термодинамич. равновесия, и описываются феноменологич. ур-ниями

где L_ik - феноменологич. <коэф. переноса (в термодинамике неравновесных процессов) или кинетическиекоэффициенты (в физ. кинетике), вычисляемые с помощью решения кинетич. <ур-ний. Термодинамич. силы Х_k вызывают необратимыепотоки; напр., градиент темп-ры вызывает поток теплоты ( теплопроводность), градиентконцентрации вещества - поток компонента смеси ( диффузия), градиентмассовой скорости - поток импульса (вязкое течение; см. Вязкость).

Перенос вещества, вызванный градиентомтемп-ры, - термодиффузию и обратный ей процесс переноса тепла вследствиеградиента концентрации (Дюфура эффект )называют перекрёстными процессами. <Для перекрёстных процессов в отсутствии магн. поля имеет место соотношениесимметрии L_ik = L_ki( Онсагера теорема), являющееся следствием микроскопич. обратимости ур-ний, описывающихдвижение частиц. Если магн. поле отлично от нуля, то при замене ik нужноизменить направление магн. поля на противоположное.

П. я. обычно сопровождаются производствомэнтропии в единицу времени:

Это выражение является формулировкой второгоначала термодинамики для П. я. В случае стационарных П. я. вся образующаясяэнтропия отводится из системы.

Плотности потоков, кроме диссипативныхчастей, пропорциональных термодинамич. силам и связанных с производствомэнтропии, могут содержать недиссипативные части, к-рые соответствуют конвекц. <переносу физ. величин с гидродинамич. скоростью v(x,t). Локальнаяплотность энтропии S(x,t )тоже переносится с гпдродинамич. скоростью, <так что производство энтропии происходит в элементе жидкости, движущейсяс гидродинамич. скоростью. Поэтому S(x,t )удовлетворяет ур-нию баланса:

где - плотность производства энтропии, связанная с производством энтропии:

П. я. происходят не только в гомогенныхсистемах, внутри к-рых отсутствуют поверхности раздела, но и в гетерогенныхсистемах, состоящих из гомогенных подсистем, отделённых друг от друга илиестеств. поверхностями раздела (таких, как жидкость и её пар), или полупроницаемымимембранами. При возникновении в гетерогенной системе разности электрич. <потенциалов, перепада давлений компонент, темп-р и т. д. между подсистемамивозникают необратимые потоки заряда, компонент вещества, теплоты и т. п. <Эти потоки связаны с термодинамич. силами линейными соотношениями, и П. <я. в гетерогенных системах также сопровождаются производством энтропии. <К подобным П. я. относятся электрокинетнческие явления - перенос зарядаи вещества вследствие перепада электрич. потенциала и давления (в частности, <фильтрация), термомеханические эффекты - перенос теплоты и массыв результате перепада темп-ры и давления в гелии жидком.

К П. я. относятся также перенос энергии электронного возбуждения от возбуждённых атомов к невозбуждённым ввеществе и перенос излучения в среде при наличии процессов испускания, <поглощения и рассеяния. Рассеяние и размножение нейтронов является примеромП. я., к-рый изучается на основе кинетич. ур-ния для нейтронов с учётомядерных взаимодействий со средой. Интенсивно развивается теория П. я. наоснове неравновесной статистической механики.

Лит. см. при ст. Термодинамиканеравновесных процессов, Кинетика физическая.

Д. Н. Зубарев.