(4.28).
Теплопроводность
Пусть - количество тепла переносимое в процессе
теплопроводности. Чтобы рассмотреть этот процесс в чистом виде мы должны
исключить диффузионные потоки и работу газа, т.е. положить n = const, (тогда при постоянном числе частиц N следует V = constи
). В этом случае
, где
-
теплоемкость на одну молекулу и из (4.8) получим
(4.29).
Для процесса теплопроводности известен экспериментальный закон Фурье
(4.30),
где -
коэффициент теплопроводности. Сравнивая (4.13) и (4.14) находим теоретическое
выражение для коэффициента теплопроводности
(4.31).
Вязкое трение
Вязкое трение
наблюдается в случае наличия скоростной неравновесности газового потока. Рассмотрим
перенос количества движения за время
через площадку
, расположенную параллельно скорости
газовых слоев (рис. 4.4) и нормальную градиенту скорости. Для исключения
эффектов диффузии и теплопроводности будем считать
= соnst и
= соnst. В рассматриваемом случае
- переносимый импульс, а
- импульс одной молекулы. Из (4.21) и
(4.24) имеем:
(4.32).
Здесь мы использовали, что , а
- сила
трения, действующая на единичную площадку и направленная по касательной к
поверхности площадки. Для вязкого трения известен экспериментальный закон
(закон Ньютона):
(4.33).
Из сопоставления (4.32) и (4.33) следует выражение для коэффициента вязкого трения
(4.34).
Не трудно видеть, что в
рамках представленной элементарной теории отношение коэффициента
теплопроводности к коэффициенту вязкого трения есть и легко
может быть проверено экспериментально. Эксперимент подтверждает это
соотношение, но с неким поправочным множителем, т.е.
,
где
.
Таким образом, в рамках элементарной кинетической теории коэффициенты переноса однозначно определяются, если каким либо образом получены соответствующие эффективные сечения столкновений. Этот же результат остается верен и при более строгом подходе к рассмотрению явлений переноса.
Плотность электрического тока и проводимость
В плазме при наличие внешнего электрического поля начинает течь ток, плотность которого есть
(4.35),
где средняя
скорость электронов в направлении поля. На каждый электрон действует сила
, придающая электрону ускорение
. За время между двумя ближайшими
столкновениями электрон наберет скорость
.
Полагая
, где
средняя частота
столкновений, получим
. Средняя скорость есть
и для плотности тока будем иметь
(4.36).
Известен экспериментальный закон Ома для тока проводимости
(4.37).
Из сравнения (4.36) и (4.37) следует выражение для проводимости
(4.38).
Рассмотрим полностью
ионизованную плазму. Из (4.13) с учетом, что масса электрона много меньше массы
иона и эффективное сечение электрон-электронных столкновений много меньше электрон-ионных
имеем
, где
средняя скорость теплового движения. Как
будет показано ниже,
и для проводимости получаем
выражение
(4.39),
известное как закон Спитцера.
Выпишем отношение
коэффициента электронной теплопроводности (4.31) к проводимости (4.38) , откуда для полностью ионизованной плазмы
следует
(4.40)
закон Видемана-Франца.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.