Фізика / 8. Молекулярна фізика
К.т.н.
Дзісь В. Г.1 , ст.
викладач Поспелов І.М.2, студ. Дзісь О.В.2
студ. Захлєбна Т.П.1
Вінницький
національний аграрний університет1
Вінницький національний технічний університет2
ВПЛИВ
МОЛЕКУЛЯРНОЇ СКЛАДОВОЇ НА В’ЯЗКІСТЬ ТА ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ ЦЕЗІЮ
В ГАЗОВІЙ ФАЗІ
При температурах до 2000 К і тисках
1...1500 кПа лужні метали в газовій фазі можна розглядати як бінарну газову
суміш, що складається з атомів і двоатомних молекул, між якими протікають
реакції дисоціації.
Теоретичні методи розрахунку
коефіцієнтів переносу пари лужних металів істотно обмежені через відсутність
точних даних про потенціали взаємодії “атом-молекула” і ”молекула-молекула”.
Існуючі методи розрахунку пов'язані з рядом спрощень, що зводять результати
таких розрахунків на рівень оцінок. Експеримент поки є єдиним джерелом
одержання необхідної інформації про коефіцієнти переносу пари лужних металів.
Теорія [1] дає можливість із експериментальних
даних по в’язкості або теплопровідності
одержати значення абсолютних перерізів зіткнень “атом-атом” та відносних перерізів зіткнень “атом-молекула”
лужних металів у газовій фазі, і використовуючи
їх, розрахувати коефіцієнти теплопровідності та в’язкості пари в широкому інтервалі параметрів стану.
В’язкість та теплопровідність пари лужного металу можна виразити через два
параметри: ефективні перерізи зіткнень
“атом-атом” та відносні–
“атом-молекула”
[1]. Ефективні перерізи зіткнень “атом-атом” характеризують залежність в’язкості та
теплопровідності одноатомної пари від температури, а відносні – залежність від
концентрації двоатомних молекул, яка є функцією тиску та температури.
Залежність в’язкості та теплопровідності однотомної пари від температури
описується лінійними рівняннями:
, (1)
За схемою ідеального дисоціюючого газу [1], залежність в’язкості
та теплопровідності від температури та тиску (концентрації двоатомних
молекул) описується рівнянням:
, (2)
де – молярна доля двоатомних молекул в парі,
коефіцієнти, які визначаються через відносні перерізи зіткнень
та термодинамічні константи (табл.2).
Результати обробки
експериментальних даних [2] при енергії
дисоціації молекул цезію Дж/моль [3] наведено в таблиці 1.
Таблиця
1.
Результати
обробки експериментальних даних [2]
Метал |
Па×с |
Па×с/К |
|
% |
% |
% |
Cs |
292,4 |
0,256 |
2,2 |
1,8 |
2,4 |
5,2 |
В інтервалі
температур 700...2000К залежність ефективних перерізів зіткнень „атом-атом” від
температури апроксимується рівнянням:
, (3)
Залежність відносних
перерізів зіткнень „атом-молекула” від температури
встановити не вдалося, оскільки похибка
занадто велика. Легко
показати, що для її зменшення до 5%, необхідно значно розширити досліджуваний інтервал тисків
і підвищити точність
вхідних експериментальних даних в’язкості пари лужних металів до 1...2%,
що на даний час, є досить складною науковою–технічною проблемою.
На основі отриманих у даній роботі
параметрів , за методикою [1],
розроблено таблиці в'язкості і теплопровідності пари рубідію і цезію в
інтервалі температур 700-2000 К при тисках 1-1500 кПа, включаючи лінію
насичення. Тиск пари на лінії насичення визначався за [4], cклад пари
(молярна концентрація
двотомних молекул) за [1,3,4] термодинамічні константи, необхідні при розрахунку складу пари і
теплопровідності взято з [5]:
На практиці, коефіцієнти теплопровідності та
в’язкості лужних металів у газовій фазі зручно розраховувати за
співвідношеннями [1]:
(4)
, (5)
, (6)
, (7)
,
(8)
, (9)
де тепловий ефект
реакції дисоціації молекул при температурі
, коефіцієнти:
визначаються
через відносні перерізи зіткнень та термодинамічні константи пари лужних
металів, їх числові значення наведено в таблиці 2.
Таблиця 2
Коефіцієнти рівнянь (2,4–9)
n |
1 |
2 |
3 |
Коефіцієнт |
Цезій |
||
Аn |
-1.762 |
3.073 |
-5.256 |
Bn |
-1.987 |
3.571 |
-6.316 |
Bnn |
-2.231 |
3.852 |
-6.640 |
BnBH |
0.244 |
-0.281 |
0.324 |
BP |
0.151 |
„Заморожена”
складова теплопровідності для пари цезію
зменшується з ростом концентрації молекул , а
„реакційна”
збільшується.
Сумарний їх вклад залежить від величини
та значень
термодинамічних констант. Для пари
ефект тиску
і максимального
значення набуває при
(рис. 1), тому за
межами вказаного інтервалу температур визначення відносних перерізів зіткнень
із експериментальних
даних по теплопровідності пов’язано із
суттєвими труднощами. В’язкість в залежності від тиску (концентрації молекул)
для пари лужних металів суттєво
змінюється в широкому інтервалі
температур. Для
ефект тиску для
в’язкості в парі
складає
, отже при визначенні
слід надати перевагу
експериментальним даним по в’язкості пари лужних металів.
1.Vargaftik
N.B., Jargin V.S. Thermal conductivity and viscosity of the gaseous phase//
Handbook of Thermodynamic and Transport Properties of Alkali Metals/ Ed.R/
Ohse.–Oxford, 1985. P.785-842.
2.Дзись В.Г., Степаненко И.Ф., Яргин В.С. Экспериментальное исследование вязкости цезия
и рубидия в газовой фазе при высоких температурах /М.: МАИ, 1989. 38 с.
Деп. ВИНИТИ № 4206-В90.
3. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим
свойствам газов и жидкостей. - М.: Наука, 1972. 726 с.
4. ГСССД 12-87. Давление насыщенных паров при
высоких температурах /А.Г. Мозговой, В.В. Рощупкин, М.А. Покрасин . -М.: Изд-во
стандартов,
1988.- 38 с.
5. Термодинамические свойства индивидуальных
веществ:/ Гурвич Л.В. и др. под ред. В.П.Глушко, 3-е изд., т.4. Кн.2. - М.:
Наука, 1972, - 726 с.