Газдардың ішкі үйкелісі (тұтқырлығы)

Газдың қабаттары әр түрлі жылдамдықпен қозғалғанда олардың арасында ішікі үйкеліс күші пайда болады: жылдамырақ қозғалатын қабат жайырақ қозғалатын қабатты өзімен ілестіріп шапшаңдатады, ал керісінше, жайырақ қозғалатын қабат жылдам қозғалатын қабатқа бөгет жасайды. Осындай жағдайда пайда болатын ішкі үйкеліс күштері газ қабатына жанама бағытпен әсер етеді. Молекулалық-кинетикалық тұрғыдан газ молекулаларының қозғалыстары бейберекет (хаосты) болатындықтан, олар ағысы жылдам қабаттан ағысы баяу қабатқа ұшып келгенде, өздерімен бірге қозғалыс мөлшерінің үлкен құраушысын әкеледі де, баяу қабаттың қозғалысын шапшаңдатады. Керісінше, баяу ағатын қабаттан жылдам ағатын қабатқа өтетін молекулалардың қозғалыс мөлшерінің құраушысы аз болатындықтан, олар жылдам ағатын қабатты бөгейді.

Газдың ішінен ойша әр түрлі жылдамдықпен ағатын қабаттарға параллель етіп ауданы бөліп алайық (3.4-сурет). Бұл қабаттардың аралығымен ауданына дейінгі ара қашықтары ға, яғни молекулалардың еркін жолының орташа ұзындығына тең. Сонда 1-қабаттан ауданға қарай ұшқан молекулалар оған басқа молекулаларға соқтықпай жетеді. Сонымен, уақыт ішінде 1-қабаттан ұшып шығып, ауданы арқылы өтетін молекулалар саны жоғарыда (§3.2) айтылғандай мынаған тең:

мұндағы көлем бірлігіндегі молекулалардың саны. молекулалар

тең:

Сондай-ақ ауданның үстіңгі жағындағы аралықта жатқан жылдамдығы қабаттан уақыттың ішінде ұшып шығатын молекулалар ауданы арқылы мынадай қозғалыс мөлшерін тасымалдайды:

Сонда қозғалыс мөлшерінің қарама-қарсы бағытталған осылайша екі рет тасымалдануының нәтижесінде ауданы арқылы мынадай қозғалыс мөлшерінің айырымы тасымалданады:

Жылдамдықтардың айырымы 2-мен 1-қабаттардың ара қашықтығымен жылдамдық градиентінің көбейтіндісіне тең осыны ескеріп, жоғарыдағы өрнегін былай жазамыз:

бұдан неғұрлым жай қозғалатын қабаттың жылдамырақ қозғалатын қабатқа әсер ететін күші мынаған тең болады:

мұндағы ішкі үйкеліс коэффициенің сипаттайды, сонда

үйкеліс күшін сипаттайтын Ньютон теңдеуін алдық.

Сонымен, газдардың молекулалық-кинетикалық теориясы ішкі үйкеліс коэффициентін (динамикалық тұтқырлық коэффициенті) газдың құрылымын сипаттайтын шамалар арқылы, яғни молекулалардың еркін жолының орташа ұзындығы, олардың орташа жылдамдығы және газдың тығыздығы арөқылы өрнектеуге мүмкіндік береді екен. қысымға байланысты емес, ал қалған екі шаманың ішіндегі тығыздық газдың қысымына тура пропорционал болады да, молекулалардың еркін жолының орташа ұзындығы қысымға кері пропорционал болады. Сондықтан көбейтіндісі газдың қысымына тәуелді емес, ал олай болса, газдың ішкі үйкелісінің коэффициенті де газдың қысымына тәуелді болмайды. Бұл жағдайды тәжірибе нәтижелері растайды.

Ішкі үйкеліс коэффициентінің өрнегіне молекулалардың жылулық қозғалысының орташа жылдамыдығы енетіндіктен ол да тура пропорционал түрде өзгереді. Шын мәнінде тұтқырлық қарағанда тезірек өседі. Бұл температура жоғарылаған сайын өсуімен байланысты.

Енді тасымалдау құбылысының тағы бір түрін, атап айтқанда, газдағы жылу өткізгіштік құбылысын қарастырайық.