Что могут делать частицы в газе, так это менять свое местоположение и обмениваться энергией и импульсом. В смеси двух газов частицы одного компонента смеси диффундируют во второй и наоборот. Несмотря на то, что молекулы движутся стохастически, их число, движущееся в сторону более низкой концентрации, больше, чем в обратном направлении. Действительно, количество молекул, проходящих элемент площади, пропорционально их скорости и концентрации. Тогда результирующий поток пропорционален разнице концентраций слева и справа от той площадки на расстоянии около свободного пробега молекулы. Так как последний ничтожно мал, разница концентрации может быть аппроксимирована произведением градиента концентрации и удвоенного свободного пробега.

А что, если концентрация одна и та же, а вот температура меняется по контейнеру с газом? Поскольку концентрация везде одинакова, количество молекул, проходящих через элемент площади в обе стороны, одинаково, но они несут разную кинетическую энергию, взятую на расстоянии около одного свободного пробега слева и справа от него. Тогда результирующий поток энергии пропорционален произведению градиента температуры и удвоенного свободного пробега. Кроме того, поток, естественно, увеличивается с увеличением числа степеней свободы для многоатомных молекул.

Если и концентрация, и температура уже находятся в равновесии, газ все еще может двигаться, например, по трубе. Это требует приложения некоторой силы, потому что относительное движение кусочков газа определяется вязкостью. Общая скорость газа ближе к стенке трубы меньше, чем у ее оси. Поэтому на этот раз мы выбираем элемент площади параллельно потоку. Молекулы оттуда, где газ движется быстрее, пересекают эту площадь и передают дополнительный импульс молекулам, там, где газ движется медленнее и наоборот. Тогда импульс, передаваемый в секунду, — приложенная сила — может быть представлен как произведение градиента импульса и удвоенного свободного пробега.

Длина свободного пробега λ молекулы обратно пропорциональна концентрации, что компенсирует количество участвующих молекул, определяемое плотностью ρ. По этой причине коэффициенты вязкости η и теплопроводности τ не зависят от давления, в то время как коэффициент диффузии D зависит.

нравится(0)не-а(0)