Диффузия и внутреннее трение в идеальном газе

Явление переноса — диффузия — заключается в самопроизвольном взаимном проникновении и перемешивании частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей и даже твердых тел. При этом различают самодиффузию – проникновение атомов и молекул одного сорта между молекулами того же сорта и гетеродиффузию – проникновение молекул или атомов одного сорта между атомами или молекулами другого сорта. В химически чистых газах диффузия возникает вследствие неодинаковой плотности в различных частях объема газа. В случае смеси газов причиной диффузии является различие в концентрациях отдельных газов в разных частях объема смеси. Если это явление не осложнено изменением температуры по объему газа, то оно заключается в переносе массы газа из мест с большей концентрацией данного газа в места с меньшей концентрацией.

Экспериментально установлено, что перенос массы вещества при явлении диффузии подчиняется закону А. Фика: (10.5) масса газа, которая переносится за единицу времени через взятый внутри газа элемент поверхности, площадь которого равна единице, прямо пропорциональна скорости изменения плотности газа r на единицу длины х в направлении нормали n к рассматриваемой площадке.

Если элемент поверхности выбран так, что нормаль совпадает с направлением наиболее быстрого убывания плотности r, то численно равно градиенту плотности. Величина D называется коэффициентом диффузии. Коэффициент диффузии есть физическая величина, численно равная массе вещества, переносимого через единицу поверхности за единицу времени при градиенте плотности, равном единице. В Международной системе единиц СИ коэффициент диффузии измеряется в м2/сек, в системе СГС — в см2/сек. Знак минус в формуле (10.5) указывает, что перенос массы происходит в направлении убывания плотности.