Г
107
∑
ГЮЙГЕНС – ФРЕНЕЛЬ ПРИНЦИПІ
182
183
Сондықтан
газ молекулаларының бір-бірінен қашықтығы олардың
өздерінің
өлшемдерінен ондаған есе үлкен. Сол себепті газды бір-бірінен алыс орналасқан
молекулалардың жиыны деп есептеуге болады. Молекулалардың өзараәсерлесу
күші (бір-бірімен соқтығысқан кездегіден басқа уақытта) өте аз болғандықтан,
оны ескермеуге де болады. Молекулалары еркін және ретсіз қозғалатын, әрі
өзараәсерлеспейтін материалдық нүктелер ретінде қарастырылатын газ – иде-
ал газ деп аталады. Жылулық тепе-теңдік күйінде және бөгде күш әсер етпеген
жағдайда, идеал газ молекулаларының кез келген бағыттағы қозғалу ықтималдығы
бірдей. Мұндай газ молекулаларының жылдамдықтары
Максвеллдік үлестірілу
заңымен анықталады. Бұл заң бойынша әр молекуланың ілгерілемелі қозғалысының
кинетикалық энергиясы
ࣟ
= 1/2mv
2
= 3/2kT, мұндағы
m – молекуланың массасы,
v – оның орташа жылдамдығы,
k – Больцман тұрақтысы,
Т – абсолют температура.
Идеал газ молекулаларының тек кинетикалық энергиясы ғана болатындықтан,
мұндай газдардың ішкі энергиясы абсолют температураға тура пропорционал бо-
лады. Бұл қатынастан температура молекулалардың кинетикалық энергиясының
мөлшері ретінде анықталады. Газдардың кинетикалық теориясы бойынша оның
өзі тұрған ыдыс қабырғасына түсіретін қысымы ретінде, ыдыстың бірлік ауданына
уақыт бірлігі ішінде соқтығысқан молекулалардың беретін қозғалыс мөлшерінің ор-
таша мәні алынады. Идеал газдың қысымы: p = nkT, мұндағы n – көлем бірлігіндегі
молекулалар саны. Газдың бір грамм-молекуласы (құрамында Авогадро санына
тең N
А
= 6,022045(31)·10
23
молекула бар) үшін мына теңдеу: рV = RT идеал газ
күйінің негізгі теңдеуі немесе
Клапейрон теңдеуі деп аталады.
Мұндағы V = N/n
бір моль газдың көлемі, R = k·N – әмбебап газ тұрақтысы. Бұл байланыс газдардың
кинетикалық теориясы тұжырымдалмай тұрып эмпирикалық жолмен анықталған.
Молекулалардың өзараәсерлесуі ескерілетін нақты газдар үшін Ван-дер-Ваальс
теңдеуі тура. Газ көлеміндегі әртүрлі нүктелер арасында температураның немесе
қысымның айырымы (градиенті) байқалса, газдың тепе-теңдік күйі бұзылады.
Бұл жағдайда физикалық шама градиентінің бағытымен масса, энергия немесе
қозғалыс мөлшері тасымалданады. Бұл үрдіс (процесс) физикалық шаманың мәні
бүкіл газ көлемінде теңескенге дейін өтеді. Газдардың кинетикалық теориясы
бойынша диффузия құбылысы кезінде масса, жылуөткізгіштік үрдісінде энер-
гия, ал тұтқырлық нәтижесінде қозғалыс мөлшері тасымалданады. Тасымалдау
үрдістері молекулалардың еркін жолының ұзындығына (λ) тығыз байланысты. Газ
көлемінің өлшемі λ-дан үлкен болса, газдың тұтқырлығы мен жылуөткізгіштігі
қысымға тәуелсіз болады. Керісінше, λ көлем өлшемінен үлкен болса (сиретілген
газ), газдың жылу өткізгіштігі мен тұтқырлығы қысым төмендеген сайын кемиді.
183
ГЮЙГЕНС – ФРЕНЕЛЬ ПРИНЦИПІ
182
183
Г
107
∑
Заттың ерекше күйі болып саналатын плазманың қасиеттері өзіне тән кинетикалық
теңдеулер арқылы сипатталады. Бұл теңдеулерде кванттық эффектілер ескерілген.
ГАЗ ДИНАМИКАСЫ – гидроаэромеханиканың сығылмалы тұтас ортаның
(газдың, плазманың) қозғалысын және олардың қатты денелермен өзараәсерлесуін
зерттейтін саласы. Физиканың саласы ретінде термодинамикамен және акустикамен
байланысты. Сығылатын ортаның қысымдар айырымының әсерінен немесе темпе-
ратура өзгерісінің нәтижесінде өздерінің бастапқы көлемдерін өзгерту қасиеттері
сығылмалық қасиет болып табылады. Ортаның өте шапшаң жылдамдығы кезінде
сығылмалылықтың маңызы арта түседі. Дыбыстың ауада таралу жылдамдығына
қарайлас жылдамдық кезінде ортада үлкен қысым айырмашылығы мен температура
өзгерісі арта түседі. Қазіргі кездегі газ динамикасы химиялық (диссоциация, жану,
басқадай химиялық реакциялар) және физикалық (иондану, сәулелену) үрдістермен
(процестермен) қабаттаса өтетін өте жоғары жылдамдықтардағы газ ағымдарын
зерттейді. Магниттік газ динамикасы электрөткізгіштік газдар қатысатын магниттік
және электрлік өрістерді зерттейді.
Үлкен жылдамдықтарда газдың кинетикалық энергиясы оның ішкі жылу
энергиясымен шамалас немесе одан жоғары болады. Сондықтан жылдамдықтың
шамалы өзгерісі кезінде газдың температурасы мен қысымы күрт жоғарылайтын
болады. Газ динамикасы аэродинамиканың дамуына, оның зерттеу нысандарының
көбеюіне байланысты туған ғылым болғандықтан, оны кейде аэрогаздинамика
деп те атайды.
Қозғалыстағы сығылғыш газдарға механика мен термодинамиканың негізгі
заңдарын қолдану газ динамикасының теориялық негізін құрайды. Бұл саладағы
көптеген мәселелерде газдарды идеал газ деп қарастырып, олардың тұтқырлығы
мен жылуөткізгіштігі ескерілмейді. Мұндай жағдайда газ динамикасының негізгі
теңдеулері ретінде салмақсыз идеал сұйықтың гидромеханикалық теңдеулері
(үш теңдеу) мен үздіксіздік теңдеуі, газдағы жылуалмасу үрдісін (процесін)
сипаттайтын термодинамикалық теңдеу және газ күйінің 6 теңдеуі белгісіз 6
функцияны (газ жылдамдығының 3 құраушысы, оның қысымы, тығыздығы және
температурасының әр нүктедегі мәнін) анықтауға мүмкіндік береді.
Газ динамикасының қолданыспен тікелей байланысты бөлігінің бірі – құбырлар
мен арналардағы, оның ішінде реактивтік қозғалтқыштар мен аэродинамикалық
құбырлардың соплоларындағы газ ағысын зерттеу. Мұндай қондырғылардағы,
әсіресе компрессорлар мен газ турбиналарындағы, газ параметрлері қондырғы
арналарының көлденең қимасы тұрақты деп қарастырылады. Газ динамикасының
көптеген мәселелері газдың қатты дене бетін орағытып ағып өту құбылысына бай-
