ठोस, तरल पदार्थ, गैसों की संरचना की विशेषताएं क्या हैं। गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की संरचना की विशेषताएं

गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की संरचना।

आण्विक गतिज सिद्धांत के मूल प्रावधान:

सभी पदार्थ अणुओं से बने होते हैं, और अणु परमाणुओं से बने होते हैं।

परमाणु और अणु निरंतर गति में हैं,

अणुओं के बीच आकर्षक और प्रतिकारक बल होते हैं।

पर गैसोंअणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं, अणुओं के बीच की दूरी बड़ी होती है, आणविक बल छोटे होते हैं, गैस इसे प्रदान किए गए पूरे आयतन पर कब्जा कर लेती है।

पर तरल पदार्थअणुओं को केवल छोटी दूरी पर आदेश दिया जाता है, और बड़ी दूरी पर, व्यवस्था के क्रम (समरूपता) का उल्लंघन होता है - "शॉर्ट रेंज ऑर्डर"। आण्विक आकर्षण बल अणुओं को एक दूसरे के निकट रखते हैं। अणुओं की गति एक स्थिर स्थिति से दूसरी (आमतौर पर एक परत के भीतर) "कूद" जाती है। यह गति एक तरल की तरलता की व्याख्या करती है। एक तरल का कोई आकार नहीं होता है, लेकिन इसमें मात्रा होती है।

ठोस - पदार्थ जो अपना आकार बनाए रखते हैं, क्रिस्टलीय और अनाकार में विभाजित होते हैं। स्फटिक ठोसनिकायों में एक क्रिस्टल जाली होती है, जिसके नोड्स में आयन, अणु या परमाणु हो सकते हैं। वे स्थिर संतुलन स्थितियों के सापेक्ष दोलन करते हैं। क्रिस्टल जाली में पूरे आयतन में एक नियमित संरचना होती है - स्थान का एक "लंबी दूरी का क्रम"।

अनाकार शरीरअपना आकार बनाए रखते हैं, लेकिन क्रिस्टल जाली नहीं होती है और परिणामस्वरूप, एक स्पष्ट गलनांक नहीं होता है। उन्हें जमे हुए तरल पदार्थ कहा जाता है, क्योंकि वे तरल पदार्थ की तरह, आणविक व्यवस्था के "निकट" क्रम में होते हैं।

अणुओं की परस्पर क्रिया बल

किसी पदार्थ के सभी अणु आकर्षण और प्रतिकर्षण बल द्वारा परस्पर क्रिया करते हैं। अणुओं की परस्पर क्रिया का प्रमाण: गीला होने की घटना, संपीड़न और खिंचाव का प्रतिरोध, ठोस और गैसों की कम संपीड्यता, आदि। अणुओं के परस्पर क्रिया का कारण पदार्थ में आवेशित कणों का विद्युत चुम्बकीय संपर्क है। इसे कैसे समझाएं? एक परमाणु में एक धनात्मक आवेशित नाभिक और एक ऋणावेशित इलेक्ट्रॉन खोल होता है। नाभिक का आवेश सभी इलेक्ट्रॉनों के कुल आवेश के बराबर होता है, इसलिए, कुल मिलाकर, परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ होता है। एक या एक से अधिक परमाणुओं से युक्त अणु भी विद्युत रूप से तटस्थ होता है। दो गतिहीन अणुओं के उदाहरण का उपयोग करते हुए अणुओं के बीच अन्योन्यक्रिया पर विचार करें। प्रकृति में निकायों के बीच गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय बल मौजूद हो सकते हैं। चूंकि अणुओं का द्रव्यमान बहुत छोटा होता है, इसलिए अणुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण संपर्क के नगण्य बलों को नजरअंदाज किया जा सकता है। बहुत बड़ी दूरी पर, अणुओं के बीच कोई विद्युत चुम्बकीय संपर्क भी नहीं होता है। लेकिन, अणुओं के बीच की दूरी में कमी के साथ, अणु खुद को उन्मुख करना शुरू कर देते हैं ताकि एक दूसरे का सामना करने वाले पक्षों पर अलग-अलग संकेतों के आरोप हों (सामान्य तौर पर, अणु तटस्थ रहते हैं), और अणुओं के बीच आकर्षक बल उत्पन्न होते हैं। अणुओं के बीच की दूरी में और भी अधिक कमी के साथ, अणुओं के परमाणुओं के ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन कोशों की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप प्रतिकारक बल उत्पन्न होते हैं। नतीजतन, अणु आकर्षण और प्रतिकर्षण की ताकतों के योग से प्रभावित होता है। बड़ी दूरी पर, आकर्षक बल प्रबल होता है (2-3 आणविक व्यास की दूरी पर, आकर्षण अधिकतम होता है), कम दूरी पर, प्रतिकारक बल। अणुओं के बीच ऐसी दूरी होती है जिस पर आकर्षण बल प्रतिकर्षण बल के बराबर हो जाते हैं। अणुओं की इस स्थिति को स्थिर संतुलन की स्थिति कहा जाता है। एक दूसरे से दूरी पर स्थित और विद्युत चुम्बकीय बलों से जुड़े अणुओं में संभावित ऊर्जा होती है। स्थिर संतुलन की स्थिति में अणुओं की स्थितिज ऊर्जा न्यूनतम होती है। एक पदार्थ में, प्रत्येक अणु एक साथ कई पड़ोसी अणुओं के साथ बातचीत करता है, जो अणुओं की न्यूनतम संभावित ऊर्जा के मूल्य को भी प्रभावित करता है। इसके अलावा, किसी पदार्थ के सभी अणु निरंतर गति में होते हैं, अर्थात। गतिज ऊर्जा है। इस प्रकार, किसी पदार्थ की संरचना और उसके गुण (ठोस, तरल और गैसीय पिंड) अणुओं की बातचीत की न्यूनतम संभावित ऊर्जा और अणुओं की तापीय गति की गतिज ऊर्जा के बीच के अनुपात से निर्धारित होते हैं।

ठोस, तरल और गैसीय पिंडों की संरचना और गुण

पिंडों की संरचना को शरीर के कणों की परस्पर क्रिया और उनकी तापीय गति की प्रकृति द्वारा समझाया गया है।

ठोस

ठोस का एक स्थिर आकार और आयतन होता है, और व्यावहारिक रूप से असम्पीडित होता है। अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा अणुओं की गतिज ऊर्जा से अधिक होती है। कणों की मजबूत बातचीत। एक ठोस में अणुओं की तापीय गति केवल स्थिर संतुलन की स्थिति के आसपास कणों (परमाणुओं, अणुओं) के दोलनों द्वारा व्यक्त की जाती है।

आकर्षण की बड़ी ताकतों के कारण, अणु व्यावहारिक रूप से किसी पदार्थ में अपनी स्थिति नहीं बदल सकते हैं, जो ठोस के आयतन और आकार में परिवर्तन की व्याख्या करता है। अधिकांश ठोस में कणों की एक स्थानिक रूप से व्यवस्थित व्यवस्था होती है जो एक नियमित क्रिस्टल जाली बनाती है। पदार्थ के कण (परमाणु, अणु, आयन) कोने पर स्थित होते हैं - क्रिस्टल जाली के नोड्स। क्रिस्टल जाली के नोड्स कणों के स्थिर संतुलन की स्थिति के साथ मेल खाते हैं। ऐसे ठोसों को क्रिस्टलीय कहा जाता है।

तरल

द्रवों का एक निश्चित आयतन होता है, लेकिन उनका अपना आकार नहीं होता, वे उस पात्र का आकार ले लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा अणुओं की गतिज ऊर्जा के बराबर होती है। कमजोर कण संपर्क। एक तरल में अणुओं की तापीय गति को उसके पड़ोसियों द्वारा अणु को प्रदान किए गए आयतन के भीतर स्थिर संतुलन की स्थिति के आसपास दोलनों द्वारा व्यक्त किया जाता है। अणु किसी पदार्थ के पूरे आयतन में स्वतंत्र रूप से नहीं चल सकते हैं, लेकिन अणुओं का पड़ोसी स्थानों पर संक्रमण संभव है। यह तरल की तरलता, इसके आकार को बदलने की क्षमता की व्याख्या करता है।

तरल पदार्थों में, अणु आकर्षक बलों द्वारा एक-दूसरे से काफी मजबूती से बंधे होते हैं, जो तरल के आयतन के व्युत्क्रम की व्याख्या करता है। एक द्रव में अणुओं के बीच की दूरी अणु के व्यास के लगभग बराबर होती है। अणुओं के बीच की दूरी में कमी (एक तरल को संपीड़ित करना) के साथ, प्रतिकारक बल तेजी से बढ़ते हैं, इसलिए तरल पदार्थ असंपीड़ित होते हैं। उनकी संरचना और तापीय गति की प्रकृति के संदर्भ में, तरल पदार्थ ठोस और गैसों के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। हालांकि एक तरल और एक गैस के बीच का अंतर एक तरल और एक ठोस के बीच की तुलना में बहुत अधिक है। उदाहरण के लिए, पिघलने या क्रिस्टलीकरण के दौरान, किसी पिंड का आयतन वाष्पीकरण या संघनन की तुलना में कई गुना कम होता है।

गैसों में एक स्थिर आयतन नहीं होता है और वे उस बर्तन के पूरे आयतन पर कब्जा कर लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। अणुओं की परस्पर क्रिया की न्यूनतम स्थितिज ऊर्जा अणुओं की गतिज ऊर्जा से कम होती है। पदार्थ के कण व्यावहारिक रूप से परस्पर क्रिया नहीं करते हैं। गैसों को अणुओं की व्यवस्था और गति में एक पूर्ण विकार की विशेषता होती है।

गैस के अणुओं के बीच की दूरी अणुओं के आकार से कई गुना अधिक होती है। आकर्षण के छोटे बल अणुओं को एक दूसरे के पास नहीं रख सकते हैं, इसलिए गैसें अनिश्चित काल तक फैल सकती हैं। बाहरी दबाव की क्रिया के तहत गैसें आसानी से संकुचित हो जाती हैं, क्योंकि। अणुओं के बीच की दूरी बड़ी होती है, और परस्पर क्रिया बल नगण्य होते हैं। बर्तन की दीवारों पर गैस का दबाव गतिमान गैस अणुओं के प्रभाव से निर्मित होता है।

तरल पदार्थ वे पदार्थ होते हैं जो अपने गुणों के कारण गैसों और ठोस पदार्थों के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। तरल मीडिया शरीर का सबसे बड़ा हिस्सा बनाते हैं, उनकी गति कोशिकाओं को चयापचय और ऑक्सीजन की आपूर्ति सुनिश्चित करती है, इसलिए, यांत्रिक गुण और तरल पदार्थ का प्रवाह चिकित्सकों और जीवविज्ञानी के लिए विशेष रुचि रखते हैं।

अध्याय में प्रस्तुत सामग्री हाइड्रोडायनामिक्स से संबंधित है - भौतिकी की एक शाखा जो असंपीड़ित तरल पदार्थों की गति और आसपास के ठोस पदार्थों के साथ उनकी बातचीत का अध्ययन करती है, और रियोलॉजी के लिए - किसी पदार्थ की विकृति और तरलता का अध्ययन।

न्यूटनियन और गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ

एक वास्तविक द्रव के प्रवाह के दौरान, इसकी अलग-अलग परतें एक दूसरे पर उन बलों के साथ कार्य करती हैं जो परतों के लिए स्पर्शरेखा होती हैं। इस घटना को कहा जाता है आतंरिक मनमुटावयाश्यानता।

दो ठोस प्लेटों (चित्र 9.1) के बीच एक श्यान द्रव के प्रवाह पर विचार करें, जिनमें से निचली प्लेट स्थिर है और ऊपरी प्लेट υ की गति से चलती है। आइए सशर्त रूप से कई परतों 1, 2, 3, आदि के रूप में तरल का प्रतिनिधित्व करते हैं। नीचे की ओर "अटक गई" परत गतिहीन है। जैसे ही वे नीचे (निचली प्लेट) से दूर जाते हैं, तरल परतों में कभी भी उच्च वेग होता है (υ 1< υ 2 < υ 3 <... и т.д), максимальная скорость υ Β будет у слоя, который «прилип» к верхней пластинке.

9.1. तरल की चिपचिपाहट।

न्यूटन का समीकरण।

परतें एक दूसरे के साथ बातचीत करती हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, तीसरी परत दूसरे की गति को तेज करती है, लेकिन यह स्वयं अपनी तरफ से मंदी का अनुभव करती है, और चौथी परत से त्वरित होती है, और इसी तरह। आंतरिक घर्षण बल क्षेत्रफल के समानुपाती होता है एसपरस्पर क्रिया करने वाली परतें और जितनी अधिक, उनका सापेक्ष वेग उतना ही अधिक होता है।

ये है न्यूटन का समीकरण।यहाँ η आनुपातिकता का गुणांक है, जिसे आंतरिक घर्षण का गुणांक कहा जाता है या चिपचिपाहट के साथ गतिशील(या केवल श्यानता)।चिपचिपापन तरल (या गैस) की अवस्था और आणविक गुणों पर निर्भर करता है।

श्यानता की इकाई है पास्कल सेकंड(ग्रोइन)। सीजीएस प्रणाली में, चिपचिपाहट के रूप में व्यक्त किया जाता है संतुलन(पी): 1 ग्रोइन \u003d 10 पी।

कई तरल पदार्थों के लिए, चिपचिपापन वेग ढाल पर निर्भर नहीं करता है, ऐसे तरल पदार्थ न्यूटन के समीकरण (9.1) का पालन करते हैं और कहलाते हैं न्यूटोनियन।तरल पदार्थ जो समीकरण (9.1) का पालन नहीं करते हैं, उन्हें वर्गीकृत किया जाता है गैर-न्यूटोनियन।कभी-कभी न्यूटनियन द्रवों की श्यानता कहलाती है सामान्य,और गैर-न्यूटोनियन असामान्य।

जटिल और बड़े अणुओं से युक्त तरल पदार्थ, जैसे बहुलक समाधान, और अणुओं या कणों के आसंजन के कारण स्थानिक संरचनाएं बनाते हैं, गैर-न्यूटोनियन हैं। उनकी चिपचिपाहट, अन्य चीजें समान होने के कारण, साधारण तरल पदार्थों की तुलना में बहुत अधिक होती हैं।

चिपचिपाहट में वृद्धि इसलिए होती है क्योंकि इन तरल पदार्थों के प्रवाह के दौरान, बाहरी बल का कार्य न केवल सत्य, न्यूटनियन, चिपचिपाहट पर काबू पाने पर, बल्कि संरचना के विनाश पर भी खर्च होता है। रक्त एक गैर-न्यूटोनियन द्रव है।

9.2. पाइप के माध्यम से चिपचिपा तरल का प्रवाह। पॉइज़ुइल फॉर्मूला

पाइप के माध्यम से एक चिपचिपा द्रव का प्रवाह दवा के लिए विशेष रुचि रखता है, क्योंकि संचार प्रणाली में मुख्य रूप से विभिन्न व्यास के बेलनाकार बर्तन होते हैं।

समरूपता के कारण, यह स्पष्ट है कि पाइप में अक्ष से समान दूरी पर बहने वाले तरल के कणों की गति समान होती है। पाइप की धुरी के साथ चलने वाले कणों की गति सबसे अधिक होती है; पाइप के निकटतम द्रव की परत गतिहीन होती है।

9.3. एक श्यान द्रव में पिंडों की गति। स्टोक्स का कानून

न केवल जहाजों के माध्यम से तरल के आंदोलन के दौरान चिपचिपाहट प्रकट होती है, बल्कि तरल में निकायों भी होती है। कम गति पर, न्यूटन के समीकरण के अनुसार, गतिमान पिंड का प्रतिरोध बल द्रव की चिपचिपाहट, पिंड की गति के समानुपाती होता है और शरीर के आकार पर निर्भर करता है। चूंकि प्रतिरोध बल के लिए एक सामान्य सूत्र निर्दिष्ट करना असंभव है, हम खुद को एक विशेष मामले पर विचार करने तक ही सीमित रखेंगे।

सबसे सरल शरीर का आकार एक गोला है। एक गोलाकार शरीर (गेंद) के लिए, ऊपर सूचीबद्ध कारकों पर तरल के साथ एक बर्तन में अपने आंदोलन के दौरान प्रतिरोध बल की निर्भरता के रूप में व्यक्त किया जाता है स्टोक्स कानून:

सूत्र (9.15) न केवल द्रव में बल्कि गैस में भी गेंद की गति के लिए मान्य है। इसका उपयोग, विशेष रूप से, हवा में धूल की वर्षा के समय की गणना करने के लिए किया जा सकता है। आइए इसे निम्नलिखित उदाहरण से समझाते हैं। हवा के लिए - एक माध्यम जिसमें विभिन्न धूल के कण निलंबित हैं - चिपचिपापन \u003d 0.000175 पी ? साथ। मृत लोगों के फेफड़ों में पाई जाने वाली लगभग 80% धूल 5 से 0.2 माइक्रोन के आकार के कण होते हैं। यदि हम धूल के दानों को गोलाकार मानते हैं, और धूल का घनत्व पृथ्वी के घनत्व (p \u003d 2.5 g / cm 3) के बराबर है, तो, सूत्र (9.15) का उपयोग करके इन धूल के दानों के गिरने की दर की गणना करें ), हम पाते हैं कि इसके मान 0.2-0, 0003 सेमी/सेकेंड की सीमा में हैं। 3 मीटर ऊँचे कमरे में ऐसी धूल की पूर्ण वर्षा के लिए, लगभग 12 दिन लगेंगे, बशर्ते कि हवा पूरी तरह से स्थिर हो और ब्राउनियन गति न हो।

9.4. निर्धारण के तरीके

तरल की चिपचिपाहट।

निर्धारण की नैदानिक विधि

रक्त गाढ़ापन

चिपचिपाहट मापने के तरीकों के एक सेट को कहा जाता है विस्कोमेट्री,और ऐसे उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण - विस्कोमीटर।विस्कोमेट्री के सबसे सामान्य तरीकों पर विचार करें।

केशिका विधि Poiseuille सूत्र पर आधारित है और एक ज्ञात तरल की केशिका के माध्यम से प्रवाह के समय को मापने में शामिल है

एक निश्चित दबाव अंतर पर गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत द्रव्यमान। विभिन्न आकृतियों के केशिका विस्कोमीटर अंजीर में दिखाए गए हैं। 9.7, ए, बी (1 .) - मापने के टैंक; एम 1और एम 2- इन जलाशयों की सीमाओं को दर्शाने वाले चिह्न; 2 - केशिकाएं; 3 - जहाजों को प्राप्त करना)।

रक्त की चिपचिपाहट को निर्धारित करने के लिए एक केशिका विस्कोमीटर का उपयोग किया जाता है।

केशिका विस्कोमीटर 10 -5 Pa के मूल्यों से चिपचिपाहट को मापते हैं? एस, गैसों की विशेषता, 10 4 पा के मूल्यों तक? ग्रीस की विशेषता।

स्टोक्स के नियम के आधार पर विस्कोमीटर में फॉलिंग बॉल विधि का उपयोग किया जाता है। सूत्र (9.15) से हम पाते हैं

इस प्रकार, इस सूत्र के दाहिने हिस्से में शामिल मात्राओं को जानने और गेंद के एक समान गिरने की गति को मापने से, किसी दिए गए तरल की चिपचिपाहट का पता लगाया जा सकता है।

चलती गेंद से विस्कोमीटर की माप की सीमा 6 है? 10 4 - 250 पा? साथ।

यह भी लागू करें घूर्णी विस्कोमीटर,जिसमें द्रव दो समाक्षीय पिंडों, जैसे सिलिंडरों के बीच के गैप में होता है। सिलेंडरों में से एक (रोटर) घूमता है, जबकि दूसरा स्थिर होता है। चिपचिपापन रोटर के कोणीय वेग से मापा जाता है, जो एक निश्चित सिलेंडर पर बल का एक निश्चित क्षण बनाता है, या बल के क्षण से,

रोटर के घूर्णन के दिए गए कोणीय वेग पर, एक निश्चित सिलेंडर पर कार्य करना।

घूर्णी विस्कोमीटर की सहायता से, द्रवों की श्यानता 1-10 5 Pax की सीमा में निर्धारित की जाती है, अर्थात्। चिकनाई तेल, पिघला हुआ सिलिकेट और धातु, अत्यधिक चिपचिपा वार्निश और चिपकने वाले, घोल, आदि।

घूर्णी विस्कोमीटर में, रोटर के घूर्णन के विभिन्न कोणीय वेगों को सेट करके वेग प्रवणता को बदलना संभव है। इससे विभिन्न ग्रेडिएंट्स पर चिपचिपाहट को मापना और निर्भरता η = / (άυ / άχ) स्थापित करना संभव हो जाता है, जो गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थों के लिए विशिष्ट है।

वर्तमान में, क्लिनिक में, वे रक्त की चिपचिपाहट निर्धारित करने के लिए उपयोग करते हैं टेसा विस्कोमीटरदो केशिकाओं के साथ। इसके उपकरण की योजना अंजीर में दी गई है। 9.7, सी. दो समान केशिकाएं ए 1 बी 1और a 2 b 2 दो नलिकाओं से जुड़े हैं 1 और 2. रबर बल्ब के माध्यम से या टिप के माध्यम से मुंह के माध्यम से हवा खींचकर 3, वैकल्पिक रूप से टैप के साथ टी के लिए धन्यवाद 4 केशिका भरें ए 1 बी 1और एक पुआल 1 आसुत जल, और केशिका के साथ 0 अंक तक ए 2 बी 2और एक पुआल 2 0 अंक तक - अध्ययन किए गए रक्त के साथ। उसके बाद, दोनों तरल पदार्थ एक साथ एक ही तरीके से तब तक चले जाते हैं जब तक कि रक्त 1 नंबर तक नहीं पहुंच जाता है और पानी अपनी ट्यूब में एक और निशान तक पहुंच जाता है। चूंकि पानी और रक्त के प्रवाह की स्थितियां समान हैं, इसलिए नलियों के भरने का आयतन 1 और 2 इस तथ्य के कारण अलग होगा कि इन तरल पदार्थों की चिपचिपाहट समान नहीं है। यद्यपि रक्त एक गैर-न्यूटोनियन द्रव है, हम कुछ सन्निकटन के साथ पॉइज़ुइल सूत्र (9.8) का उपयोग करते हैं और स्पष्ट अनुपात लिखते हैं:

कहाँ पे वी के- ट्यूब में रक्त की मात्रा 2 मार्क 0 से मार्क 1 तक; में- ट्यूब में पानी की मात्रा 1 माप के दौरान प्राप्त अंक 0 से अंक तक; , और, तदनुसार, रक्त और पानी की चिपचिपाहट। एक ही तापमान पर रक्त की चिपचिपाहट और पानी की चिपचिपाहट के अनुपात को कहा जाता है रक्त की सापेक्ष चिपचिपाहट।

हेस विस्कोमीटर में, रक्त की मात्रा हमेशा समान होती है, और पानी की मात्रा को ट्यूब पर विभाजन द्वारा गिना जाता है 1, इसलिए सीधे रक्त की सापेक्ष चिपचिपाहट का मूल्य प्राप्त करें। गिनती की सुविधा के लिए

ट्यूबों 1 और 2 अलग-अलग करें, ताकि रक्त और पानी की अलग-अलग मात्रा के बावजूद, ट्यूबों में उनका स्तर लगभग समान हो।

मानव रक्त की चिपचिपाहट सामान्यतः 4-5 एमपीए होती है? एस, पैथोलॉजी में 1.7-22.9 एमपीए से है? सी, जो एरिथ्रोसाइट अवसादन दर (ईएसआर) को प्रभावित करता है। शिरापरक रक्त में धमनी रक्त की तुलना में थोड़ा अधिक चिपचिपापन होता है। भारी शारीरिक परिश्रम के साथ, रक्त की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। कुछ संक्रामक रोग चिपचिपाहट बढ़ाते हैं, जबकि अन्य, जैसे टाइफाइड बुखार और तपेदिक, इसे कम करते हैं।

9.5 लामिना और अशांत प्रवाह। रेनॉल्ड्स संख्या

पहले माना गया द्रव प्रवाह स्तरित, या लामिना है। पाइप के क्रॉस सेक्शन पर दबाव की असमानता के कारण एक चिपचिपा द्रव के प्रवाह वेग में वृद्धि एक भंवर बनाती है और गति बन जाती है एडी,या अशांतएक अशांत प्रवाह में, प्रत्येक स्थान पर कणों की गति लगातार और अव्यवस्थित रूप से बदलती रहती है, गति अस्थिर होती है।

पाइप के माध्यम से द्रव प्रवाह की प्रकृति द्रव के गुणों, इसकी प्रवाह दर, पाइप आयामों पर निर्भर करती है और द्वारा निर्धारित की जाती है रेनॉल्ड्स संख्या:

गतिज श्यानता गतिशील से अधिक पूर्ण रूप से, किसी द्रव या गैस के प्रवाह की प्रकृति पर आंतरिक घर्षण के प्रभाव को ध्यान में रखती है। इस प्रकार, पानी की चिपचिपाहट हवा से लगभग 100 गुना अधिक (0 डिग्री सेल्सियस पर) होती है, लेकिन पानी की गतिज चिपचिपाहट हवा की तुलना में 10 गुना कम होती है, और इसलिए चिपचिपाहट का प्रवाह की प्रकृति पर अधिक प्रभाव पड़ता है पानी की तुलना में हवा।

जैसा कि (9.17) से देखा जा सकता है, तरल या गैस के प्रवाह की प्रकृति अनिवार्य रूप से पाइप के आयामों पर निर्भर करती है। चौड़े पाइपों में, अपेक्षाकृत कम वेग पर भी, अशांत गति हो सकती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, 2 मिमी के व्यास के साथ एक ट्यूब में, पानी का प्रवाह 127 सेमी / सेकंड से अधिक की गति से अशांत हो जाता है, और 2 सेमी के व्यास वाले पाइप में - पहले से ही लगभग 12 सेमी की गति से। / एस (तापमान 16 डिग्री सेल्सियस)। ऐसी ट्यूब के माध्यम से रक्त का प्रवाह 50 सेमी/सेकेंड की गति से अशांत हो जाता है, लेकिन व्यवहार में रक्त वाहिकाओं में 2 सेमी के व्यास के साथ अशांत प्रवाह कम गति पर भी होता है।

धमनियों में रक्त का प्रवाह सामान्य रूप से लामिना होता है, जिसमें वाल्वों के पास हल्की अशांति होती है।

पैथोलॉजी में, जब चिपचिपाहट सामान्य से कम होती है, तो रेनॉल्ड्स संख्या महत्वपूर्ण मूल्य से अधिक हो सकती है और आंदोलन अशांत हो जाएगा।

द्रव की गति के दौरान अशांत प्रवाह अतिरिक्त ऊर्जा खपत से जुड़ा होता है, जो रक्त के मामले में हृदय के अतिरिक्त कार्य की ओर जाता है। अशांत रक्त प्रवाह से उत्पन्न शोर का उपयोग रोगों के निदान के लिए किया जा सकता है। रक्तचाप को मापते समय यह शोर बाहु धमनी पर सुनाई देता है।

नाक गुहा में हवा का प्रवाह सामान्य रूप से लामिना होता है। हालांकि, सूजन या किसी अन्य असामान्यता के साथ, यह अशांत हो सकता है, जिससे श्वसन की मांसपेशियों को अतिरिक्त काम करना पड़ेगा।

रेनॉल्ड्स संख्या एक समानता मानदंड है। हाइड्रो- और वायुगतिकीय प्रणालियों की मॉडलिंग करते समय, विशेष रूप से संचार प्रणाली में, मॉडल में प्राकृतिक के समान रेनॉल्ड्स संख्या होनी चाहिए, अन्यथा उनके बीच कोई पत्राचार नहीं होगा। यह तरल या गैस में चलते समय निकायों के चारों ओर प्रवाह के मॉडलिंग पर भी लागू होता है।

यह (9.17) से देखा जा सकता है कि वास्तविक की तुलना में मॉडल के आकार में कमी को प्रवाह वेग में वृद्धि या मॉडल तरल या गैस की गतिज चिपचिपाहट में कमी से मुआवजा दिया जाना चाहिए।

9.6. तरल पदार्थों की आणविक संरचना की विशेषताएं

साधारण तरल पदार्थ आइसोट्रोपिक होते हैं, संरचनात्मक रूप से वे अनाकार शरीर होते हैं। तरल पदार्थों की आंतरिक संरचना को निकटतम क्रम (निकटतम कणों की सापेक्ष व्यवस्था का आदेश दिया गया) की विशेषता है। अणुओं के बीच की दूरी छोटी होती है, अंतःक्रियात्मक बल महत्वपूर्ण होते हैं, जो तरल पदार्थों की कम संपीड्यता की ओर जाता है: अणुओं के बीच की दूरी में मामूली कमी से अंतर-आणविक प्रतिकर्षण की बड़ी ताकतों की उपस्थिति होती है। ठोस पदार्थों की तरह, तरल पदार्थ थोड़े संकुचित होते हैं और उच्च घनत्व वाले होते हैं; गैसों की तरह, वे उस बर्तन का रूप ले लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। तरल पदार्थों के गुणों की यह प्रकृति उनके अणुओं की तापीय गति की ख़ासियत से जुड़ी होती है। गैसों में अणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं, कम दूरी पर वे आगे बढ़ते हैं, और कणों की व्यवस्था में कोई क्रम नहीं होता है। क्रिस्टलीय निकायों में, कण कुछ संतुलन स्थितियों के आसपास घूमते हैं - क्रिस्टल जाली के नोड्स। Ya.I. Frenkel के सिद्धांत के अनुसार, तरल अणु, एक ठोस शरीर के कणों की तरह, संतुलन की स्थिति के आसपास दोलन करते हैं, लेकिन ये संतुलन की स्थिति स्थिर नहीं होती है। कुछ समय बाद, जिसे बसे हुए जीवन का समय कहा जाता है, अणु पड़ोसी अणुओं के बीच औसत दूरी के बराबर दूरी पर एक नई संतुलन स्थिति में कूद जाता है।

एक अणु के बसे हुए जीवन के औसत समय को विश्राम समय r कहा जाता है।तापमान में वृद्धि और दबाव में कमी के साथ, विश्राम का समय बहुत कम हो जाता है, जिससे तरल अणुओं की अधिक गतिशीलता और इसकी कम चिपचिपाहट होती है।

एक तरल अणु के लिए एक संतुलन स्थिति से दूसरे में कूदने के लिए, आसपास के अणुओं के साथ बंधन टूटना चाहिए और नए पड़ोसियों के साथ बंधन बनना चाहिए। बंधनों को तोड़ने की प्रक्रिया में ऊर्जा की आवश्यकता होती है ई ए (सक्रियण ऊर्जा),नए बांड के गठन के दौरान जारी किया गया। एक अणु का एक संतुलन स्थिति से दूसरे में ऐसा संक्रमण है एक संभावित बाधा को पार करना

9.7. सतह तनाव

एक तरल और उसके संतृप्त वाष्प के इंटरफेस पर, दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ, एक तरल और एक ठोस, आसन्न मीडिया के विभिन्न अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं के कारण एक बल उत्पन्न होता है।

तरल आयतन के अंदर स्थित प्रत्येक अणु समान रूप से पड़ोसी अणुओं से घिरा होता है और उनके साथ परस्पर क्रिया करता है, लेकिन इन बलों का परिणाम शून्य होता है। पर्यावरण की विषमता के कारण, दो माध्यमों की सीमा के पास स्थित एक अणु एक ऐसे बल से प्रभावित होता है जिसकी भरपाई तरल के अन्य अणुओं द्वारा नहीं की जाती है। इसलिए, अणुओं को आयतन से सतह परत तक ले जाने के लिए काम करना होगा।

सतह तनावइस सतह के क्षेत्र में एक स्थिर तापमान पर एक तरल की एक निश्चित सतह बनाने पर खर्च किए गए कार्य के अनुपात से निर्धारित होता है:

द्रवों के स्थिर संतुलन के लिए शर्त सतह परत की न्यूनतम ऊर्जा है, इसलिए बाहरी बलों की अनुपस्थिति में या

भारहीनता की स्थिति में, द्रव में किसी दिए गए आयतन के लिए न्यूनतम सतह क्षेत्र होता है और एक गेंद का रूप ले लेता है।

सतह तनाव न केवल ऊर्जावान रूप से निर्धारित किया जा सकता है। तरल की सतह परत के सिकुड़ने की इच्छा का अर्थ है इस परत में स्पर्शरेखा बलों की उपस्थिति - सतह तनाव बल। यदि हम तरल सतह पर लंबाई के कुछ खंड चुनते हैं मैं(चित्र 9.8), फिर इन बलों को खंड के लंबवत तीरों द्वारा सशर्त रूप से चित्रित किया जा सकता है।

सतह तनाव सतह तनाव बल के अनुपात के बराबर है जिस खंड पर यह बल कार्य करता है:

भौतिकी में एक स्कूल पाठ्यक्रम से यह ज्ञात होता है कि दोनों परिभाषाएँ, (9.21) और (9.22), समान हैं। हम 20 डिग्री सेल्सियस (तालिका 1) के तापमान पर कुछ तरल पदार्थों के लिए सतह तनाव के मूल्यों को प्रस्तुत करते हैं।

तालिका नंबर एक

पृष्ठ तनाव तापमान पर निर्भर करता है। क्रांतिक तापमान से दूर, बढ़ते तापमान के साथ इसका मान रैखिक रूप से घटता है। सतह के तनाव को कम करने के लिए तरल में सर्फेक्टेंट पेश करके हासिल किया जा सकता है, जो सतह परत की ऊर्जा को कम करता है।

9.8. गीला और गैर गीला। केशिका घटना

विभिन्न मीडिया के बीच संपर्क की सीमा पर, कोई भी देख सकता है गीलाया गैर गीला।

एक अन्य तरल की सतह पर एक तरल बूंद के व्यवहार पर विचार करें जो इसके साथ मिश्रित नहीं होता है (चित्र 9.9) और एक ठोस शरीर की सतह पर एक तरल बूंद (चित्र। 9.10 और 9.11)। प्रत्येक दो मीडिया के इंटरफेस पर ( 1 और 3, 2 और 1, 3 और 2) सतह तनाव बल।

सतह तनाव बलों की कार्रवाई के तहत, तरल की सतह परत घुमावदार होती है और बाहरी के संबंध में अतिरिक्त दबाव डॉ। सतह की परत एक लोचदार खोल की तरह होती है, जैसे कि रबर की फिल्म। एक वक्र पृष्ठ के पृष्ठ तनाव का परिणामी बल अवतल की ओर निर्देशित होता है-

वाष्प से तरल की एक निश्चित मात्रा, जो लिनन को नम करती है, नम कमरों में रूई, हाइग्रोस्कोपिक निकायों को सूखना मुश्किल बनाता है, मिट्टी में नमी बनाए रखने में मदद करता है, आदि। इसके विपरीत, गैर-गीला तरल पदार्थ झरझरा शरीर में प्रवेश नहीं करते हैं। इससे संबंधित, उदाहरण के लिए, वसा से चिकनाई वाले पक्षी के पंखों के पानी की अभेद्यता है।

एक केशिका में एक तरल के साथ एक हवाई बुलबुले के व्यवहार पर विचार करें। यदि बुलबुले पर तरल का दबाव अलग-अलग तरफ से समान है, तो बुलबुले के दोनों मेनिसिस की वक्रता त्रिज्या समान होगी (चित्र 9.14, ए)। एक पक्ष पर अधिक दबाव के साथ, उदाहरण के लिए, जब एक तरल चलता है, तो मेनिससी विकृत हो जाती है, उनकी वक्रता की त्रिज्या बदल जाएगी (चित्र 9.14, बी), विभिन्न पक्षों से अतिरिक्त दबाव एपी असमान हो जाएगा। इससे हवा (गैस) के बुलबुले से तरल पर ऐसा प्रभाव पड़ेगा, जो तरल की गति को बाधित या रोक देगा। ऐसी घटनाएं मानव संचार प्रणाली में हो सकती हैं।

रक्त में प्रवेश करने वाले हवाई बुलबुले एक छोटे पोत को रोक सकते हैं और रक्त की आपूर्ति के अंग को वंचित कर सकते हैं। इस घटना को कहा जाता है अन्त: शल्यता,गंभीर कार्यात्मक हानि या मृत्यु भी हो सकती है। तो, जब बड़ी नसें घायल हो जाती हैं तो एयर एम्बोलिज्म हो सकता है: रक्त प्रवाह में प्रवेश करने वाली हवा एक वायु बुलबुला बनाती है जो रक्त के पारित होने को रोकती है। नसों में संक्रमण के दौरान हवा के बुलबुले नसों में प्रवेश नहीं करना चाहिए।

रक्त में गैस के बुलबुले गोताखोरों में बड़ी गहराई से सतह पर तेजी से बढ़ने के दौरान, पायलटों और अंतरिक्ष यात्रियों में दिखाई दे सकते हैं जब केबिन या स्पेससूट को उच्च ऊंचाई (गैस एम्बोलिज्म) पर डिप्रेस किया जाता है। यह परिवेशी वायुमंडलीय दबाव में कमी के परिणामस्वरूप एक विघटित अवस्था से रक्त गैसों के मुक्त-गैसीय अवस्था में संक्रमण के कारण होता है। दबाव में कमी के साथ गैस के बुलबुले के निर्माण में अग्रणी भूमिका नाइट्रोजन की है, क्योंकि यह रक्त में गैसों के कुल दबाव का मुख्य भाग निर्धारित करता है और शरीर और आसपास की हवा के गैस विनिमय में भाग नहीं लेता है।

साधारण तरल पदार्थ आइसोट्रोपिक होते हैं, संरचनात्मक रूप से वे अनाकार शरीर होते हैं। द्रवों की आंतरिक संरचना अणुओं की व्यवस्था (निकटतम कणों की एक क्रमबद्ध व्यवस्था) में एक छोटी दूरी के क्रम की विशेषता है। अणुओं के बीच की दूरी छोटी होती है, अंतःक्रियात्मक बल महत्वपूर्ण होते हैं, जो तरल पदार्थों की कम संपीड्यता की ओर जाता है: अणुओं के बीच की दूरी में एक छोटी सी कमी बड़े अंतर-आणविक प्रतिकर्षण बलों की उपस्थिति का कारण बनती है।

ठोस पदार्थों की तरह, तरल पदार्थ थोड़े संकुचित होते हैं और उच्च घनत्व वाले होते हैं, गैसों की तरह, वे उस बर्तन का आकार लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। तरल पदार्थों के गुणों की यह प्रकृति उनके अणुओं की तापीय गति की ख़ासियत से जुड़ी होती है। गैसों में अणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं, कम दूरी पर वे आगे बढ़ते हैं, और कणों की व्यवस्था में कोई क्रम नहीं होता है। क्रिस्टलीय निकायों में, कण कुछ संतुलन स्थितियों के आसपास घूमते हैं - क्रिस्टल जाली के नोड्स। Ya. I. Frenkel के सिद्धांत के अनुसार, एक तरल के अणु, एक ठोस शरीर के कणों की तरह, दोलन करते हैं ...
संतुलन की स्थिति के निकट, हालांकि, ये संतुलन स्थिति स्थिर नहीं हैं। कुछ समय बाद, जिसे "बसे हुए जीवन" का समय कहा जाता है, अणु पड़ोसी अणुओं के बीच की औसत दूरी के बराबर दूरी पर एक नई संतुलन स्थिति में कूद जाता है।

आइए हम तरल अणुओं के बीच औसत दूरी की गणना करें। आप मानसिक रूप से कल्पना कर सकते हैं कि तरल की पूरी मात्रा 8 के किनारे के साथ छोटे समान घनों में विभाजित है। मान लीजिए, प्रत्येक घन में औसतन एक अणु होता है। इस मामले में, 5 को तरल अणुओं के बीच की औसत दूरी माना जा सकता है। तरल का आयतन V = 3 N है, जहाँ N तरल अणुओं की कुल संख्या है। यदि n अणुओं की सांद्रता (1 मीटर 3 में अणुओं की संख्या) है, तो N \u003d nV। इन समीकरणों से हम प्राप्त करते हैं

एक तरल अणु के लिए एक संतुलन स्थिति से दूसरे में कूदने के लिए, आसपास के अणुओं के साथ बंधन टूटना चाहिए और नए पड़ोसियों के साथ बंधन बनना चाहिए। बंधनों को तोड़ने की प्रक्रिया में नए बांडों के निर्माण के दौरान जारी ऊर्जा ई ए (सक्रियण ऊर्जा) के व्यय की आवश्यकता होती है। एक अणु का एक संतुलन स्थिति से दूसरे में ऐसा संक्रमण ऊंचाई E a के संभावित अवरोध के माध्यम से एक संक्रमण है। अणु पड़ोसी अणुओं की तापीय गति की ऊर्जा के कारण संभावित अवरोध को दूर करने के लिए ऊर्जा प्राप्त करता है। तरल तापमान और सक्रियण ऊर्जा पर विश्राम समय की निर्भरता बोल्ट्जमान वितरण से निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त की जाती है (देखें 2.4)।

जहां 0 संतुलन की स्थिति के आसपास अणु की औसत दोलन अवधि है।

एक अणु के औसत विस्थापन को जानना, जो अणुओं के बीच की दूरी के बराबर है, और औसत समय , हम एक तरल में अणुओं की गति की औसत गति निर्धारित कर सकते हैं:

यह गति गैस में अणुओं की औसत गति की तुलना में कम होती है। इसलिए, उदाहरण के लिए, पानी के अणुओं के लिए यह समान तापमान पर वाष्प के अणुओं की तुलना में 20 गुना कम है।

संभावित क्षेत्र में अणुओं का वितरण

गुरुत्वाकर्षण बल (बोल्ट्जमैन वितरण)

गैसों के एमकेटी और मैक्सवेल वितरण के मूल समीकरण को प्राप्त करते समय, यह माना गया कि बाहरी बल गैस के अणुओं पर कार्य नहीं करते हैं, जिसका अर्थ है कि अणु समान रूप से मात्रा पर वितरित होते हैं। हालांकि, किसी भी गैस के अणु हमेशा पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के संभावित क्षेत्र में होते हैं। एक ओर गुरुत्वाकर्षण, और दूसरी ओर अणुओं की तापीय गति, एक निश्चित स्थिर अवस्था की ओर ले जाती है, जिसमें बढ़ती ऊंचाई के साथ गैस का दबाव कम हो जाता है।

आइए ऊंचाई के साथ दबाव परिवर्तन का नियम प्राप्त करें, यह मानते हुए कि पूरी ऊंचाई पर: गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र एक समान है (g = const); तापमान समान है (टी = स्थिरांक); सभी अणुओं का द्रव्यमान समान होता है।

मान लीजिए कि दाब p ऊँचाई h पर है। फिर ऊँचाई h + dh पर दबाव p + dp है। इसके अलावा, यदि dh >0, तो dp< 0. (р + dp) – р = – r·g·dh. Из уравнения состояния Менделеева-Клапейрона, имеем:

अभी या .

आइए दाएं और बाएं पक्षों को एकीकृत करें:

; .

कहाँ, . (26)

यह तथाकथित बैरोमीटर का सूत्र है। यह आपको समुद्र तल से ऊंचाई के कार्य के रूप में वातावरण के दबाव को निर्धारित करने की अनुमति देता है:

. (27)

क्योंकि दबाव सीधे अणुओं की एकाग्रता के लिए आनुपातिक है, तो आप ऊंचाई के साथ अणुओं की एकाग्रता में परिवर्तन का कानून प्राप्त कर सकते हैं, बशर्ते तापमान ऊंचाई के साथ नहीं बदलता है (टी = कॉन्स):

. (28)

यह मानते हुए कि M = m∙N A , और R = k∙N A (27) से हम प्राप्त करते हैं:

क्योंकि mgh = U(h) h ऊँचाई पर एक अणु की स्थितिज ऊर्जा है, तो

(30)

बोल्ट्जमान वितरण है।

टक्करों की संख्या और आदर्श गैस अणुओं का औसत मुक्त पथ।

अराजक गति के परिणामस्वरूप गैस के अणु लगातार आपस में टकराते रहते हैं। दो क्रमागत टक्करों के बीच अणु एक निश्चित पथ की यात्रा करता है, जिसे माध्य मुक्त पथ कहा जाता है . सामान्य स्थिति में, इस पथ की लंबाई भिन्न होती है, लेकिन चूंकि टकरावों की संख्या बहुत बड़ी है, और आंदोलन यादृच्छिक है, फिर निरंतर बाहरी परिस्थितियों में हम औसत मुक्त पथ के बारे में बात कर सकते हैं - . यदि दी गई गैस के अणु औसत टक्करों पर 1 सेकंड का अनुभव करते हैं, तो

अणुओं का अंकगणित माध्य वेग कहाँ है।

हम आदर्श गैस के अणुओं को गोले मानते हैं। जाहिर है, एक टक्कर तब होगी जब दो अणु दो त्रिज्याओं के बराबर दूरी तक पहुंचें, यानी अणुओं का व्यास d। टक्कर के दौरान दो अणुओं के केंद्र जितनी न्यूनतम दूरी तक पहुंचते हैं, उसे अणुओं का प्रभावी व्यास कहा जाता है। यह पैरामीटर निर्भर करता है, और इसलिए गैस के तापमान पर।

परिभाषित करने के लिए, एक प्रभावी व्यास d वाले अणु की कल्पना करें, जो अन्य अणुओं के बीच गति के साथ चलता है, जो एक ही समय में गतिहीन रहता है। यह अणु उन सभी अणुओं से टकराएगा जिनके केंद्र त्रिज्या d के "टूटे" सिलेंडर के अंदर स्थित हैं। इसका मतलब है कि इस सिलेंडर के आयतन में अणुओं की संख्या के बराबर है

जहाँ n अणुओं की सांद्रता है, और V बेलन का आयतन है: . इसे ध्यान में रखते -

. (32)

अन्य अणुओं की गति को ध्यान में रखते हुए एक कारक द्वारा टक्करों की संख्या बढ़ जाती है। अंत में, z के लिए हमें मिलता है:

. (33)

फिर (34)

क्योंकि p ~ n, तो विभिन्न बाहरी स्थितियों के लिए हमारे पास है:

हवा के लिए नं. (पी \u003d 760 मिमी एचजी; टी 0 \u003d 0 0 ): जेड \u003d 10 9 एस -1, ए \u003d 5 ∙ 10 -8 मीटर।

स्थानांतरण घटना

थर्मोडायनामिक रूप से नोइक्विलिब्रियम सिस्टम में, अर्थात। उन प्रणालियों में जिनके लिए मैक्रोपैरामीटर (टी, पी, ) के मान अलग-अलग बिंदुओं पर भिन्न होते हैं, अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं होती हैं, जिन्हें कहा जाता है परिवहन घटना . ऐसी प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप, ऊर्जा को सिस्टम के एक स्थानीय क्षेत्र से दूसरे (तापीय चालकता की घटना), द्रव्यमान (प्रसार की घटना), संवेग (आंतरिक घर्षण), आवेश आदि में स्थानांतरित किया जाता है। यह सिस्टम के आयतन द्वारा मैक्रोपैरामीटर के मूल्यों के संरेखण की ओर जाता है। यह स्पष्ट है कि किसी भी मूल्य के हस्तांतरण को उनके अराजक आंदोलन के परिणामस्वरूप एक निश्चित संख्या में कणों (अणुओं और परमाणुओं) के स्थान से स्थान पर संक्रमण द्वारा समझाया गया है।

हम एक मनमाना दिशा के साथ सामान्य परिवहन समीकरण प्राप्त करते हैं। आइए अक्ष O को इसके अनुदिश निर्देशित करें एक्स(चित्र तीन)। आइए हम मानसिक रूप से S क्षेत्र वाले विमान के एक तत्व को O . पर लंबवत रूप से अलग करें एक्स. समय के दौरान आंदोलन की यादृच्छिकता के कारण S से S की दिशा में O एक्सएन कणों को स्थानांतरित करें:

(1)

यहाँ n अणुओं (परमाणुओं) की सांद्रता है, और उनका अंकगणित माध्य वेग है। ∆S से गुजरते हुए, प्रत्येक अणु अपने अंतर्निहित द्रव्यमान, आवेश, संवेग, ऊर्जा या अपनी कुछ अन्य विशेषताओं को स्थानांतरित करता है। आइए हम अक्षर द्वारा एक अणु द्वारा वहन की गई मात्रा के मान को निरूपित करें। फिर समय के दौरान t क्षेत्र से होकर S O अक्ष की दिशा में एक्सभौतिक मात्रा की मात्रा हस्तांतरित की जाएगी

(2).

जाहिर है, अगर दाईं ओर की सांद्रता भी n है, तो समान संख्या में कण दाएं से बाएं चले जाएंगे। वे। इस मामले में परिणामी स्थानांतरण शून्य है: N = 0 और ΔNφ = 0।

यदि माध्यम अमानवीय है, अर्थात। या तो कणों की सांद्रता या बाएँ और दाएँ कणों के लिए का मान समान नहीं है, तो उन क्षेत्रों से संक्रमण जहाँ (nφ) का मान उस क्षेत्र से बड़ा है जहाँ यह छोटा है, अधिक संभावना होगी। यदि हम यह मान लें कि (nφ) 1 > (nφ) 2, तो के मान का परिणामी हस्तांतरण संबंध द्वारा निर्धारित किया जाएगा: । (3)

माइनस साइन इन (3) इस तथ्य को दर्शाता है कि स्थानांतरण दिशा में मान (nφ) घट जाता है।

आइए जानें कि बाईं और दाईं ओर ∆S से कितनी दूरी पर मान (nφ) लिया जाना चाहिए। क्योंकि अणुओं की भौतिक विशेषताओं में परिवर्तन केवल टकराव के दौरान होता है, और टक्कर से पहले प्रत्येक अणु ने मुक्त पथ के बराबर दूरी तय की है, तो हम मान सकते हैं कि (एनφ) अणु मुक्त पथ के बराबर दूरी पर अपरिवर्तित रहते हैं। ∆S के बाएँ और दाएँ। (3) के दाएँ पक्ष को 2 से भाग दें और गुणा करें:

किसी भी दिशा में मात्राओं का वितरण ग्रेडिएंट नामक एक विशेषता द्वारा निर्धारित किया जाता है। एक ढाल एक इकाई लंबाई के बराबर दूरी पर परिमाण में परिवर्तन है।

इस मामले में, निर्देशांक के साथ बिंदु पर एक्स 2 हस्तांतरणीय मूल्य का मान (nφ) 2 है, और बिंदु पर एक्स 1 - (एनφ) 1 , फिर मान nφ के ढाल के तहत, ओ अक्ष के साथ स्थानांतरित किया गया एक्सरिश्ते को समझना चाहिए:

फिर क्षेत्र S में nφ की ढाल।

. (5)

(5) सामान्य स्थानांतरण समीकरण है।

विसरण पदार्थ के द्रव्यमान का स्थानांतरण है . बशर्ते कि अणुओं का द्रव्यमान समान हो (m 0 = const), गैस का तापमान आयतन (T = const) में समान हो और वेगों का वितरण आयतन (= const) पर एक समान हो, इसके द्रव्यमान को प्रतिस्थापित करते हुए के बजाय (5) में अणु, हम प्राप्त करते हैं:

या . (6)

यह फिक का नियम है। डी = प्रसार गुणांक है। [डी] \u003d एम 2 / एस।

तापीय चालकता ऊर्जा का हस्तांतरण है . बशर्ते कि गैस की पूरी मात्रा (n \u003d const) पर अणुओं की सांद्रता, अणुओं का द्रव्यमान समान हो (m 0 \u003d const), आयतन पर वेगों का वितरण एक समान हो ( \u003d const), और एक अणु की अनुवाद गति की औसत गतिज ऊर्जा, हमें फूरियर कानून मिलता है:

, या . (7)

- तापीय चालकता का गुणांक। [χ] \u003d डब्ल्यू / (एम के) \u003d किलो मीटर / (एस 3 के)।

श्यानता समानांतर परतों के बीच संवेग का स्थानांतरण है जो वेगों पर एक क्रमबद्ध तरीके से चलती हैआप 1 औरआप 2. बशर्ते कि गैस के पूरे आयतन में अणुओं की सांद्रता n = स्थिरांक हो, अणुओं का द्रव्यमान समान हो (m 0 = const), आयतन पर वेगों का वितरण एक समान (= स्थिरांक) हो, और संवेग एक अणु का मापांक, परतों के क्रमित गति की गति से जुड़ा होता है = p = m 0 u, हमारे पास परतों के अंतःक्रिया बल की गति के लिए:

या . ()

यह न्यूटन का समीकरण है, जो आंतरिक घर्षण (चिपचिपाहट) के बल का परिमाण निर्धारित करता है। अनुप्रस्थ वेग प्रवणता दिशा में वेग के परिवर्तन की दर की विशेषता है एक्सरगड़ परतों के आंदोलन के लंबवत। - चिपचिपाहट का गतिशील गुणांक . [η] = पा एस।

आणविक बल

अणुओं के बीच परस्पर क्रिया के बल, या, जैसा कि उन्हें वैन डेर वाल्स बल भी कहा जाता है, प्रकृति में विद्युत हैं। ये आवेशित कणों की परस्पर क्रिया के कूलम्ब बल हैं जो परमाणु और अणु बनाते हैं। वे स्वयं अणुओं के आकार के अनुरूप दूरी पर दिखाई देते हैं और बढ़ती दूरी के साथ बहुत जल्दी कम हो जाते हैं। उसी समय, आकर्षक बल (विपरीत आवेशों की परस्पर क्रिया) और प्रतिकारक बल (समान आवेशों की परस्पर क्रिया) एक साथ कार्य करते हैं। क्योंकि वास्तविक कण बिंदु नहीं हैं, तो इन बलों का परिमाण उनके बीच की दूरी पर अलग-अलग तरीकों से निर्भर करता है।

वैन डेर वाल्स बल तीन प्रकार के होते हैं:

ए) अभिविन्यास - ध्रुवीय अणुओं के बीच कार्य:

जहां р कणों का विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण है, r उनके बीच की दूरी है, k बोल्ट्जमान स्थिरांक है, थर्मोडायनामिक तापमान है।

बी) प्रवेश - अणुओं की परस्पर क्रिया, ध्रुवीकरण का वर्णन करें

आवेश जिसमें पड़ोसी कणों के विद्युत क्षेत्रों के प्रभाव में उत्पन्न होता है:

यहाँ: р ind = ε 0 αЕ - कणों का अधिग्रहीत विद्युत द्विध्रुव आघूर्ण; α अणुओं की ध्रुवीकरण क्षमता है।

में) फैलाव - अणुओं की परस्पर क्रिया का निर्धारण करें, जिसमें एक असममित आवेश वितरण बेतरतीब ढंग से होता है, इलेक्ट्रॉनों की कक्षाओं में गति करने की प्रक्रिया में, जिससे तात्कालिक द्विध्रुव का निर्माण होता है:

सामान्य तौर पर, तीनों प्रकार के बल एक साथ कार्य कर सकते हैं:

एफ एम \u003d एफ ओ + एफ और + एफ डी।

आइए, अंतर-आणविक अन्योन्यक्रिया बलों की दूरी पर निर्भरता पर विचार करें। आकर्षण बल एफ पीआर को नकारात्मक माना जाता है, और एफ से प्रतिकर्षण की ताकतों को सकारात्मक माना जाता है। इन बलों का योग परिणाम देता है - Fres = f(r)। अणुओं के बीच कुछ दूरी पर r 0 |F pr | = |एफ से | और परिणामी बल F \u003d F pr + F \u003d 0 से। यदि r< r 0 , то преобладают силы отталкивания. Если r >r 0 , तब आकर्षण बल प्रबल होते हैं। हालांकि, r > 10 -9 मीटर की दूरी पर, वैन डेर वाल्स बल जल्दी से शून्य हो जाते हैं।

परस्पर क्रिया करने वाले अणुओं की प्रणाली को संभावित ऊर्जा के एक निश्चित भंडार की विशेषता है, जो एक जटिल तरीके से r पर निर्भर करता है, E p = f(r):

आर → - ई पी → 0;

r > r 0 और r → r 0 - E p → E p min, E p< 0 ;

आर \u003d आर 0 - ई पी \u003d ई पी मिनट, ई पी< 0;

आर< r 0 и уменьшается – Е п → ∞, Е п > 0.

अंतःक्रिया की सबसे छोटी स्थितिज ऊर्जा अणुओं की बंधन ऊर्जा कहलाती है. यह उस कार्य के बराबर है जो संतुलन में मौजूद अणुओं को अलग करने के लिए आकर्षण बलों के विरुद्ध किया जाना चाहिए।

न्यूनतम संभावित ऊर्जा (ई पी मिनट) का अनुपात और प्रति एक डिग्री स्वतंत्रता की तापीय गति की दोगुनी औसत ऊर्जा का मूल्य किसी पदार्थ के एकत्रीकरण की स्थिति के लिए एक मानदंड है। यदि एक:

ए) ई पी मिनट<< kT – газ;

बी) ई पी मिनट »केटी - तरल;

c) E p min >> kT एक ठोस पिंड है।

इस प्रकार, तापमान के आधार पर कोई भी पदार्थ, गैसीय, तरल या एकत्रीकरण की ठोस अवस्था में हो सकता है।

गैसों, तरल पदार्थों और ठोस निकायों की संरचनात्मक विशेषताएं

आरएन ग्रैबोव्स्की। भौतिकी पाठ्यक्रम। 1980, पीपी. 168-174.

वास्तविक गैसें

आणविक गतिज सिद्धांत के समीकरण पर्याप्त उच्च तापमान और कम दबाव पर वास्तविक गैसों के व्यवहार का काफी अच्छी तरह से वर्णन करते हैं। यह समझ में आता है, क्योंकि वास्तविक गैस की ऐसी स्थिति आदर्श गैस के मॉडल के सबसे करीब होती है, जिसके आधार पर एमकेटी के सभी निष्कर्ष प्राप्त होते हैं। हालांकि, बढ़ते दबाव और घटते तापमान के साथ, अणुओं के बीच की औसत दूरी कम हो जाती है और आणविक संपर्क की ताकत बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, नं. अणुओं की मात्रा गैस के कब्जे वाले आयतन का 1/10000 है, और 500 एटीएम (500 एमपीए) के दबाव में यह पहले से ही गैस की कुल मात्रा का आधा होगा। यह बिल्कुल स्पष्ट है कि इन शर्तों के तहत MKT के कानून काम करना बंद कर देते हैं, उदाहरण के लिए, PV const at T = const।

इस प्रकार, कार्य एक वास्तविक गैस के लिए राज्य का ऐसा समीकरण प्राप्त करना है जो अणुओं की मात्रा और उनकी बातचीत को ध्यान में रखेगा।

©2015-2019 साइट
सभी अधिकार उनके लेखकों के हैं। यह साइट लेखकत्व का दावा नहीं करती है, लेकिन मुफ्त उपयोग प्रदान करती है।
पेज बनाने की तारीख: 2016-02-13

ठोस पदार्थों की तरह, तरल पदार्थ थोड़े संकुचित होते हैं और उच्च घनत्व वाले होते हैं, गैसों की तरह, वे उस बर्तन का आकार लेते हैं जिसमें वे स्थित होते हैं। तरल पदार्थों के गुणों की यह प्रकृति उनके अणुओं की तापीय गति की ख़ासियत से जुड़ी होती है। गैसों में अणु बेतरतीब ढंग से चलते हैं, कम दूरी पर वे आगे बढ़ते हैं, और कणों की व्यवस्था में कोई क्रम नहीं होता है। क्रिस्टलीय निकायों में, कण कुछ संतुलन स्थितियों के आसपास घूमते हैं - क्रिस्टल जाली के नोड्स। Ya. I. Frenkel के सिद्धांत के अनुसार, एक तरल के अणु, एक ठोस शरीर के कणों की तरह, संतुलन की स्थिति के आसपास दोलन करते हैं, लेकिन ये संतुलन की स्थिति स्थिर नहीं होती है। कुछ समय बाद, जिसे "बसे हुए जीवन" का समय कहा जाता है, अणु पड़ोसी अणुओं के बीच की औसत दूरी के बराबर दूरी पर एक नई संतुलन स्थिति में कूद जाता है।

जहां 0 संतुलन की स्थिति के आसपास अणु की औसत दोलन अवधि है।

सतह तनाव

एक तरल और उसके संतृप्त वाष्प के इंटरफेस पर, दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ, एक तरल और एक ठोस, आसन्न मीडिया के विभिन्न अंतःक्रियात्मक अंतःक्रियाओं के कारण बल उत्पन्न होते हैं।

सतह तनाव (सतह तनाव का गुणांक) इस सतह के क्षेत्र में एक स्थिर तापमान पर एक तरल की एक निश्चित सतह बनाने पर खर्च किए गए कार्य के अनुपात से निर्धारित होता है:

द्रवों के स्थिर संतुलन की शर्त सतह परत की न्यूनतम ऊर्जा है, इसलिए, बाहरी बलों की अनुपस्थिति में या भारहीनता की स्थिति में, तरल किसी दिए गए आयतन के लिए न्यूनतम सतह क्षेत्र रखता है और एक का रूप लेता है गेंद।

सतह तनाव न केवल ऊर्जावान रूप से निर्धारित किया जा सकता है। तरल की सतह परत के सिकुड़ने की इच्छा का अर्थ है इस परत में स्पर्शरेखा बलों की उपस्थिति - सतह तनाव बल। यदि आप तरल की सतह पर लंबाई का एक खंड चुनते हैं (चित्र। 7.8), तो आप सशर्त रूप से खंड के लंबवत तीरों के साथ इन बलों को चित्रित कर सकते हैं।

छात्र के लिए पोर्टल। आत्म प्रशिक्षण

संबंधित आलेख