В этом параграфе будет довольно много формул и мы должны понять, откуда они берутся и что значат.
Но самое главное, что мы должны понять в этом параграфе — каким образом хаотическое движение молекул приводит к тому, что процессы в природе имеют определенное направление или, что, в сущности, то же самое — почему предоставленная сама себе система стремится к равновесию.
Начнем с примеров. Пусть в левой половине сосуда, разделенного тонкой стеклянной перегородкой на две части, находится азот, а в правой СО (угарный газ), масса молекулы которого равна массе молекулы азота. Оба газа будем считать идеальными. Строго говоря, газы не обязаны быть идеальными, массы молекул могут быть и разными, в принципе ничего не изменится, просто мы как всегда пытаемся облегчить себе задачу. Разобьем перегородку, воздействуя электромагнитом на находящийся внутри железный стержень. В момент, когда разбили перегородку, слева есть только молекулы азота, концентрация которых Ль а справа только молекулы СО, концентрация которых Л2 и Через некоторое, очень короткое время, небольшая часть молекул азота окажется справа, а молекул СО слева.
Сталкиваясь друг с другом и с молекулами СО и, непрерывно изменяя направление движения, молекулы азота, хаотически двигаясь и, именно благодаря хаотичности своего движения, будут проникать в правую часть сосуда, при этом их концентрация в левой части будет уменьшаться, а в правой увеличиваться. Рассмотрим момент времени, когда концентрация молекул азота в левой части, например, в 100 раз больше, чем в правой.
Все направления движений равновероятны и 1/г молекул азота левой части имеет отличную от нуля составляющую скорости, направленную вправо, в то же время Va молекул правой части имеет отличную от нуля составляющую скорости, направленную влево. Но слева молекул азота в 100 раз больше, значит, в этот момент времени в 100 раз больше молекул азота движется слева направо, чем справа налево, уменьшая их концентрацию слева и увеличивая справа. Так будет продолжаться до тех пор, пока концентрации не выровняются. То же относится и к молекулам СО. В результате концентрация молекул азота в любой, и в левой, и в правой части сосуда будет в среднем. Мы рассмотрели известное вам еще с 7 класса явление, называемое диффузией. При этом, если массы молекул газов не равны между собой, если газ не идеальный, суть дела не меняется, даже в жидкостях диффузия происходит в принципе так же, только с заметно меньшей скоростью. В процессе диффузии происходит перенос концентрации молекул, ее выравнивание, предоставленная сама себе неравновесная система приходит в равновесие.
Именно неравновесная. Процессы переноса могут происходить только в неравновесной системе. Правда, рассматривать эти процессы мы будем, используя законы, полученные для равновесных систем. Выход из этого противоречия обычный — мы будем считать, что все параметры, кроме одного, во всех точках системы одинаковы, а различия по этому одному параметру в двух рассматриваемых областях бесконечно малы.
Загрузка...