27
ные значения скоростей тела на отдельных участках его движения. Так, зная, что средняя скорость движения на двух одинаковых участках пути равна 12 м/c, мы сразу же можем сказать, что значение скорости равномерного движения ни на одном из них не может быть меньше 6 м/c (убедитесь в этом самостояльно).
А. И. Шанюро
О явлениях переенoca
Все окружающие нас тела, даже самые маленькие по размерам, состояят из огромного числа молекул. Движение каждой молекул описывается закономи механики, однако поведение большого числа молекул подчиняется качественно иным закономерностям. Можно ли установить эти закономерности, зная характер движения отдельных молекул? В принципие — да, но на практике это очень сложная задача.
К счастью, оказывается, что для изучения некоторых свойств макросоппических тел совсем не обязательно интерсоватився каждой молекулой в отдельности. В полне достаточно общего представления о внутренней структуре тела как о системе движущихся и стalkивающихся друг с другом частиц. При этом поведение макросоппических тел можно характеризовать специальными физическими величиными, которые относятся к всей совокупности молекул, слагающих тела, то есть являются средними характеристиками. Так, например, плотность вещества определяется средним числом молекул в единице объема, температура тела — их средней кинетической энергии, и т. п.
В состоянии равновесия любые средние характеристики тела одинаковы во всех его точках. Но легко представить ситуацию, когда равновесия нет. Расмотрим пример.
Если поставить сосуд с водой на горячего плиту, то сначала температура воды у дня будет выше, чем на поверхности. Лишь по истечении довольного большого промежутка времени вода прогреется равномерно по всему объему. Как же происходит этот прогрев?
Мы уже говорили, что вещество — это система движущихся и взаимодействующих друг с другом молекул,
28
ператур в ней, то есть зависит прежде всего от внешних условий. А вот коэффициент пропорциональной определяется исключительно внутренним устройством вещества (тем, как движутся молекулы внутри него и как они взаимодействуют (сталкиваются) друг с другом). Этот коэффициент называется коэффициент теплопроводности (λ). Он различается в разных веществ. Так, теплопроводность любого металла на несколько порядков больше теплопроводности дерева. Именно поэтому трудно прикопнуть к металлической ложке, опущенной в стакан с горячим чаем, но ничего не стоит держать в руке горячую спичку.
Другой пример. Расстоярим смесь двух веществ, например воды и каплю чернил в ней. Очевидно, что капля будет распливаться, стремять равномерно растечья по всему объему воды, то есть будет проискодить процесс диффузии. В отличие от первого примера здесь возникнет поток вещества — чернил, направленный из области, где чернил много, в области, где их мало. Этот поток пропорционален разности концентрации чернильных молекул в различных областях пространства. Коэффициент пропорционалности между потоком вещества и разностью концентрации называется коэффициент диффузии (D). Коэффициент диффузии так же, как и коэффициент теплопроводности, различен у разных веществ и определяется их внутренним устройством (способностью молекул одного сорта «противкиватся» сквозь толщу других молекул).
Наконец, последний пример. Представьте себе твердое тело, движущеся в жидкости. Как показывает опыт, слой жидкости, непредставенно при
мыкающей к движущему телу, как бы приплопают к нему и вовлекаются в направленное движение. За счет обмена молекулами между слоями это движение передается соседним слоям, от них — следующим и т. д. Таким образом возникнет поток имплуса от слоев, обладающих большей скоростью, к слоям с меньшей скоростью. Именно в этом и состоит механизм жидкого трения, или вззости. Действительно, увеличение имплуса жидкости означает, что на нее со стороны тела действует какая-то сила (изменение имплуса системы равно имплусу внешних сил, действующих на нее). Следовательно, согласно третьему закону Ньютона со стороны жидкости на тело действует сила, направленная в противоположную сторону. Это и есть сила жидкого трения.
Поток имплуса от слоев, движущихся быстро, к слоям, движущимся с меньшей скоростью, пропорционален разностью скоростей этих слояв. Коэффициент пропорционалности между потоком имплуса и разностью скоростей называется коэффициент вззости импл尬и (η).
Все рассмотренные примеры характеризуется общим свойством — переносом неокоторого признака (энергии в первом примере, вещества во втором и импл尬а в третьем) из одних областей системы в других. Неслучайно потому, что явления такогорода называются явлениями пере尬и. Каждое из них характеризуется своим коэффициентом пере尬и, и задача теории — уметь их вычислять. В обшем случае это очень трудная задача, до них пор полностью не решенная. Однако для газа рассчитать