Reja: Bir o‘lchovli vaziyatda diffuziya koeffisentini hisoblash

Gazlarning issiqlik o`tkazuvchanligi


Agar gaz notekis istilgan bo`lsa, ya`ni uning bir qismida temperatura ikkinchi qismidagidan baland yoki past bo`lsa, u holda temperaturaning tenglashishini kuzatish mumkin: gazning issiqroq qismi soviydi, sovuqroq qismi esa isiydi.
Ravshanki, Bu hodisa gazning issiqroq qismidan sovqroq qismiga issiqlik oqishi bilan bog`liq bo`ladi. Gazda (yoki har qanday boshqa moddada) issiqlik oqimining hosil bo`lishi issiqlik o`tkazuvchailik deb ataladi. O`z holiga quyilgan har qanday jismda, hususan gazda, issiqlik o`tkazuvchailik temperaturalarning tenglashuviga sabab bo`ladi va bu prosess, albatta, nostatsionar proseesdir. Biroq kupincha shunday hollar ham bo`ladiki, bunda temperaturalar farqini sun`iy ravishda o`zgartirmasdan saqlab turiladi.
Masalan, cho`g`lanma elektr lampasida (bevosita chug`langan to`la yaqinidagi gaz yuqori temperaturaga (tolaning temperaturasi teng temperaturaga) ega bo`lgan holda, lampa shisha ballonining devorlariga tegib turgan gaz qismining temperaturasi ancha past bo`ladi. Lampa ulanganidan bir necha vaqt keyin tola va devorlar orasida o`zgarmas temperaturalar farqi yuzaga keladi. Bunday farq bir tomondan lampaga elektr tarmog`idan keltiradigan elektr energiya hisobiga ikkinchi tomonidan esa issiqlikning lampa devorlarida atrof havoga berilishi hisobiga saqlanadi. Bunday sharoitlarda lampa ichidagi gazda vaqt davomida o`zgarmaydigan, yangi statsionar issiqlik oqimi yuzaga keladi. Temperaturalarning qaror topgan farqi gazning issiqlik o`tkazuvchanligiga bog`lik bo`ladi (chuglanish lampasida issiqlik gaz orqali uzatilgandan tashqari ya`ni shu holda asosan nurlanish natijasida uzatilishini ham nazarda tutish kerak).
Biz keltirgan misolda lampa tolasining va idishning (balloniing) shakli murakkab bulgani uchun issiqlik oqimini hisoblash qiyin. shu tufayli gazda temperaturaning taqsimlanishi ham juda murakkab bo`ladi.
Issiqlik o`tkazuvchvanlik prosesorining miqdoriy qonuniyatlarini topish uchun biz yanada oddiyyroq holni, diffuziyani urgangandagiga o`hshash harakterdagi masalani ko`raylik.
Gazdagi biror yo`nalish masalan, X o`q bo`ylab temperatura nuqtadan nuqtaga, ya`ni h ning funksiyasi sifatida o`zgarayotgan bo`lsin, bu uqqa perpendikulyar tekislikda esa u birday saqlanayotgan bo`lsin.
Temperatura X o`k bo`ylab o`zgarishi ðT/dx temperatura gradienti bilan harakterlanadi (agar temperatura biz faraz qilganimizdek faqat X o`q bo`ylab o`zgarayotgan bo`lsa, u holda ðT/dx o`rniga dT/dx ni yozish mumkin). Hamma vaqtdagi singari temperatura gradientining o`zgarishining bu nuqtalar orasidagi masofa birligi nisbatiga teng. Diffuziya prosessida shu prosesning amalga oshishi uchun konsentrasiyalar gradient bo`lishi shart bo`lgani singari. Temperaturalar gradientining mavjudligi ham issiqlik o`tkazuvchanlikning yuzaga kelishining asosiy shartidir.
Issiqlik oqimining yo`nalish temperaturaning pasayish yo`nalishi bilan mos keladi. Agar x ning ortishiga (ya`ni dx>0) temperaturaning- pasayishi(dt<0) mos kelsa, u holda issiqlik x ning o`sayotgan tomoniga oqayotgan bo`ladi: issiqlik oqimi shu oqimni yuzaga keltirgan mavjud temperatura gradientini kamayish tomoniga yo`nalgan bo`ladi. Tajriba Q issiqlik oqimi temperatura gradientiga proporsional bo`lishini ko`rsatadi (Fure qonuni):
(3-1)
Issiqlik oqimi deb yuz birligida o`tayotgan issiqlik mikdori tushuniladi. (3.1) tenglikdagi x koeffsenti issiqlik o`tkazuvchanlik koeffisenti deb ataladi. (3.1) dan ko`rinib turganidek, issiqlik o`tkazuvchvanlik koeffisentining son qiymati tempera garidenti bir teng (1 K/sm) bo`lgandagi issiqlik oqimiga teng. Issiqlik o`tkazuvchanlik koeffisentining sistemasida J/m∙sek∙K yoki Vt/m∙K birliklarida. SGS sistemsasida esa erg/sm∙sek∙K birliklarida ulchanishini ko`rish oson. Tehnikada uni kupincha kJ/m∙soat∙K larda ifodalanadi.
Stasionar sharoitlarda gaz orkali vakt birligida okib utgan Q issiqlik miqdori berilgan temperaturag radientini saqlab turgan issiqlik manbaining quvvatiga teng. Bu quvvatni (u ko`pincha elektr quvvati bo`ladi) issiqlik o`tkazuvchanlik koeffisentini eksperimental aniqlashda bevosita o`lchanadi.
Temperatura gradienti bo`lgan gaz o`z holiga quyilganda, ya`ni unga tashqaridan energiya berilmaydigan hollarda, issiqlik o`tkazuvchanlik temperaturaning tenglashishiga olib keladi. Dastlab biz ancha shunday nostasionar issiqlik o`tkazuvchanlikni ko`ramiz. Temperaturaning tenglashish qonuni diffuziya vositasida kosentrasiyalarning tenglashish prosessigajuda uhshash ekanligini ko`rish mumkin.