Физические величины - Бабичев А.Н.
ISBN 5-283-04013-5
Скачать (прямая ссылка):
где V — \f2kT/ JX — средняя относительная скорость соударения частиц примеси и частиц газа; ц — приведенная масса сталкивающихся частиц; T — температура газа; Я=1 /Na* — длина пробега пробных частиц в газе; N — плотность частиц газа. Соотношение (17.3) является точным, если а* не зависит от энергии сталкивающихся частиц. В противном случае понятие длины пробега теряет определенность и указанное соотношение справедливо для эффективных величин. Принято приводить значения коэффициента диффузии не при постоянной плотности газа, а при постоянном давлении. В этом случае с учетом уравнения газового состояния P=NkT получаем зависимость
D = D0 (Г/273)1'5,
где D0 — коэффициент диффузии в нормальных условиях. Это соотношение справедливо при тех же условиях, что и соотношение (17.3).
Таблица 17.1. Параметры зависимости (17.4) [1]
Газ Dv, см'/с « Температурный интервал, К Газ D0, СМЇ/С
Не 1,62 1,71 14—296 H2 1,28
Ne 0,452 — — СО 0Л75
Ar 0,156 1,92 77—353 HCl 0,125
Kr 0,08 — — HBr 0,079
Xe 0,048 .— — CO2 0,097
N2 0,17 1,9 77—353 CH4 0,206
O2 0,18 1,92 77—353 H2O (пар) 0,277
UF6 0,0165 1,6 144—296
Коэффициент самодиффузии газов. В табл. 17.1 представлены значения коэффициентов самодиффузии D0 при нормальных условиях (T=273 К, р=0,1 МПа). Дан интервал температур, внутри которого коэффициент диффузии можно аппроксимировать степенной функцией
D (T) = D0 (Г/273)"; (17.4)
приведены значения параметра а.
Таблица 17.2. Коэффициент самодиффузии газов при высоких температурах, см2/с (давление атмосферное; теоретические данные получены с использованием потенциала межатомного взаимодействия, восстановленного из экспериментов по рассеянию атомных пучков) [1]
Температура, , IO3 К
Газ
і 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,7 7 8 9 10 и 12 13 14 15
Не 13,3 26,9 46,7 70,3 98,6 130 167 207 250 299 350 407 467 595 738 898 1070 1260 1460 1670 1840
Ne 3,9 7,76 12,7 18,5 25,2 32,6 41,1 50,4 60,7 72,0 83,8 96,5 110 139 172 207 244 284 325 318 414
Ar 1,51 3,0 5,03 7,50 10,4 13,9 17,8 22,1 26,8 31,9 37,4 43,3 49,5 62,8 77,4 93,2 111 129 148 169 190
Kr 0,85 1,72 2,83 4,14 5,7 7,4 9,3 11,4 13,8 16,4 19,2 22,2 25,5 32,6 40,7 49,6 59,6 70,2 81,5 93,7 107
Xe 0,50 1,01 1,65 2,43 3,32 4,32 5,42 6,6 8,0 9,4 10,9 12,6 14,4 18,2 22,5 27,2 32,4 37,7 43,4 49,4 55,7
N2 1,56 3,08 5,05 7,5 10,4 13,8 17,6 21,9 26,6 31,8 37,3 43,2 49,6 62 79 96 113 133 153 174 197
375 Рис. 17.1 Погрешность данных, представленных табл. 17.3, в зависимости от температуры
В табл. 17.2 приведены значения коэффициента самодиффузии газов при высоких температурах
Коэффициент взаимной диффузии в газах. В двух-компонентной смеси газов при отсутствии внешних полей, химических реакций, а также градиентов температуры и давления потоки Ji и J2 частиц первого и второго сортов выражаются соотношениями
J1 = nDi2 grad Xi-h = —nD2l grad
(17.5)
где п — полная плотность частиц; X1 и Xs — относительная концентрация частиц первого и второго сорта. Эти соотношения справедливы в системе отсчета, в которой отсутствует результирующий поток частиц (іі+І2=0), поскольку, кроме того, Xi+х2=1, Di2=Dii.
Коэффициент диффузии Dab частиц произвольного сорта в смеси двух газов А и В определяется соотношением (закон Бланка), справедливым с погрешностью до нескольких процентов:
= + XbIDw , (17.6)
где DiA и Dib — коэффициент взаимной диффузии пробной частицы в газах А и В при давлении, равном суммарному давлению в рассматриваемой смеси.
Основным источником информации о коэффициенте взаимной диффузии в газах является эксперимент Точность, с которой известны значения этого коэффициента, существенно зависит от интервала температур, а также от сорта исследуемых газов. Представленные ниже результаты измерений коэффициентов взаимной диффузии различных пар газов разделены на четыре группы в зависимости от класса точности (табл. 17.3, 17.4) Погрешность, характеризующая значения коэффициентов взаимной диффузии первых трех групп (1, II, III), видна из рис. 17.1, а для четвертой группы соответствующие сведения представлены в табл. 17.4.
В табл. 17.5 и 17.6 приводятся параметры, входящие в эмпирические зависимости коэффициентов взаимной диффузии при атмосферном давлений. Для систем, представленных в табл. 17.5, эта зависимость имеет вид
D-D0 (Г/273)« exp (—SIT — S' IT2), (17.7)
где S, S' — эмпирические параметры, а экспоненциальный множитель без потери точности может быть опущен для температур свыше 200 К.
Для систем, представленных в табл. 17.6, эмпирическая зависимость имеет вид
причем экспоненциальный множитель можно заменить единицей при Т>20 S.
В табл. 17.7, 17.8 приведены значения коэффициента диффузии метастабильных атомов в инертных газах.
17.3. ДИФФУЗИЯ в жидкостях
Диффузия больших молекул в растворителе. Диффузия в жидкостях обусловлена процессами многочастичного взаимодействия пробной частицы с частицами жидкости. Поэтому теоретическое определение коэффициентов диффузии в жидкостях весьма затруднено и практически единственным источником надежной информации является эксперимент. Исключение составляет случай диффузии больших молекул в растворителе с низкой MO лекулярной массой, для описания которого применима формула Эйнштейна—Стокса
