Наука, що вивчає процеси при порушеному рівновазі називається фізична кінетика. Ця наука вивчає незворотні процеси. Сутність процесів переносу: прагнення системи досягти рівноважного стану. Характеристика швидкості процесів переносу - час релаксації - це час, протягом якого система досягає рівноважного стану (час термолізаціі - час, за яке система повертається до розподілу Максвелла). В цьому розділі явища переносу будемо розглядати тільки при малих відхиленнях від рівноважного стану. При цьому розглянемо такі явища, пов'язані з перенесенням різних характеристик системи: а) внутрішнє тертя або в'язкість - перенесення імпульсу; б) теплопровідність - перенесення кінетичної енергії (тепла); в) дифузія - перенесення маси.
Довжина вільного пробігу молекули - це середня відстань (позначається), яке частка пролітає за час вільного пробігу від одного зіткнення до наступного.
Довжина вільного пробігу кожної молекули різна, тому в кінетичної теорії вводиться поняття середньої довжини вільного пробігу (<λ>). величина <λ> є характеристикою всієї сукупності молекул газу при заданих значеннях тиску і температури.
. де - ефективний перетин молекули, - концентрація молекул.
Дифузія. Явище дифузії полягає в тому, що відбувається мимовільне взаємопроникнення і перемішування частинок двох дотичних газів, рідин і навіть твердих тіл. Дифузія зводиться до переносу маси, виникає і триває до тих пір, поки на кордоні дотику двох середовищ градієнт щільності відмінний від нуля.
- Дифузія (коефіцієнт дифузії)
- середня арифметична швидкість молекули газу; - середня довжина вільного пробігу молекул;
Теплопровідність. Якщо в одній області газу температура більше, ніж в інший, то з плином часу внаслідок постійних зіткнень молекул відбувається процес вирівнювання середніх кінетичних енергій молекул, тобто процес вирівнювання температури. Цей процес перенесення енергії, званий теплопровідністю. виникає і триває до тих пір, поки на кордоні дотику двох частин газу градієнт температури відмінний від нуля.
- Теплопровідність (коефіцієнт теплопровідності газу)
де СV - питома теплоємність газу при постійному обсязі, i - число ступенів свободи, r - щільність газу; - середня арифметична швидкість молекули газу; - середня довжина вільного пробігу молекул; k - постійна Больцмана; n - концентрація молекул газу
В'язкість. В'язкість це властивість рідини або газу, обумовлене внутрішнім тертям між дотичними паралельними шарами рідини або газу, що рухаються з різними швидкостями. В результаті, імпульс шару, що рухається швидше, зменшується, а рухається повільніше - збільшується, що призводить до гальмування шару, що рухається швидше, і прискоренню шару, що рухається повільніше. Іншими словами, внутрішнє тертя призводить до переносу імпульсу від одного рухомого шару рідини або газу до іншого дотичному з ним шару.
- Динамічна в'язкість (коефіцієнт внутрішнього тертя)
де p - щільність газу (рідини); - середня арифметична швидкість руху молекул газу, - середня довжина вільного пробігу молекул газу.
Число ступенів свободи молекули (i) - це число незалежних змінних (ко ординат), повністю описують стан системи в просторі.
Закон равнораспределенія. на будь-яку ступінь свободи молекули в середньому припадає однакова кінетична енергія, рівна (закон рівнорозподілу Максвелла-Больцмана).
Для поступальної ступеня і тоді, узагальнюючи на кожну поступальну ступінь свободи, отримаємо
Для молекули з ступенями свободи
(В коливальному русі середні значення в вираз входить подвоєне значення і для кінетичної, і для потенційної енергії).