Transzportjelenségek

Hasonló dokumentumok
Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Hidrosztatika, Hidrodinamika

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Folyadékok és gázok áramlása

Termodinamika (Hőtan)

Transzportfolyamatok

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Reológia Mérési technikák

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

5. gy. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

DIFFÚZIÓ. BIOFIZIKA I Október 20. Bugyi Beáta

Diffúzió 2003 március 28

Folyadékok és gázok áramlása

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

Folyadékok és gázok mechanikája

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben.

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Transzportfolyamatok. Zrínyi Miklós

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

TRANSZPORTFOLYAMATOK ÉS SZIMULÁCIÓJUK (MAKKEM 242M)

Transzportfolyamatok. Alapfogalmak. Lokális mérlegegyenlet. Transzportfolyamatok 15/11/2015

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

TRANSZPORTFOLYAMATOK ÉS SZIMULÁCIÓJUK (MAKKEM 242ML)

Szabadentalpia nyomásfüggése

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

Transzportfolyamatok a mikroszkópikus méretskálán: Diffúzió, Brown-mozgás, ozmózis. A sejt méretskálája. Biomolekuláris rendszerek méretskálája

Transzportfolyamatok

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Ideális gáz és reális gázok

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Termodinamikai bevezető

Légköri termodinamika

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Folyadékok és gázok mechanikája

mérlegegyenlet. ϕ - valamely SKALÁR additív (extenzív) mennyiség térfogati

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Dr. Kopecskó Katalin

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben.

Kollár Veronika A biofizika fizikai alapjai

Termodinamika. Belső energia

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Reakciókinetika és katalízis

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

TestLine - Fizika hőjelenségek Minta feladatsor

Szedimentáció, elektroforézis. Biofizika előadás Talián Csaba Gábor

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

A viszkózus folyás aktiválási energiájának meghatározása Höppler-féle viszkoziméterrel.

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

3. (b) Kereszthatások. Utolsó módosítás: április 1. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Biofizika I. OZMÓZIS. Dr. Szabó-Meleg Edina PTE ÁOK Biofizikai Intézet

5. előadás

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

Fizika feladatok. 1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből november 28. Hővezetés, hőterjedés sugárzással. Ideális gázok állapotegyenlete

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

Kémiai reakciók sebessége

Művelettan 3 fejezete

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Molekuláris dinamika. 10. előadás

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

Allotróp módosulatok

Komplex természettudomány 3.

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

FOLYADÉK BELSŐ SÚRLÓDÁSÁNAK MÉRÉSE

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

HARTAI ÉVA, GEOLÓGIA 3

Környezeti kémia II. A légkör kémiája

Átírás:

Transzportjelenségek Fizikai kémia előadások 8. Turányi Tamás ELTE Kémiai Intézet lamináris (réteges) áramlás: minden réteget a falhoz közelebbi szomszédja fékez, a faltól távolabbi szomszédja gyorsít Viszkozitás TV a két szomszédos réteg között fellépő az F erő nagysága egyenesen arányos (1) a rétegek A érintkezési felületével és a () dv x /dy sebességgradiens nagyságával x F =η A d vx d y DEF η arányossági tényezőt viszkozitásnak nevezzük. SI mértékegysége: Pa s Régi, még használt mértékegysége: 1 poise = 1 g cm -1 s -1 = 0,1 Pa s 1

Viszkozitás értelmezése a folyadéknak nagy a sűrűsége hétköznapi értelmezés: lassú folyású folyadék tudományos szóhasználat: nagy tömeg esik egy térfogategységre (pl. g/cm ) víz sűrűsége ρ = 1,00 g/cm méz sűrűsége ρ = 1,4 g/cm víz viszkozitása η = 8,90 10 4 Pa s méz viszkozitása η = 10,0 Pa s A hőmozgás következtében az áramlásra merőleges irányban a szomszédos rétegekből kölcsönösen részecskék lépnek át a másik rétegbe. Ha a kisebb áramlási sebességű rétegbe nagyobb sebességű részecskék kerülnek aréteg impulzust kap nagy impulzustranszport = nagy viszkozitás a hőmérséklet növelésével (T ) gázok viszkozitása növekszik folyadékok viszkozitása csökken. Stokes-féle ellenállástörvény Viszkózus folyadékban mozgó részecskékre közegellenállási erő hat. Gömb alakú részecskék érvényes a Stokes-féle ellenállástörvény: F = 6 π η r v F η r v mozgó részecskére ható közegellenállási erő viszkozitás gömb sugara gömb sebessége Sir George Gabriel Stokes (1819 190) angol matematikus és fizikus 4

Diffúzió, konvekció, anyagforrás DEF diffúzió: egy anyag vándorlása a magasabb koncentrációjú helyről az alacsonyabb koncentrációjú hely felé a közeg makroszkopikus áramlása nélkül DEF konvekció: egy anyag vándorlása, mert a közeg makroszkopikus áramlása magával sodorja DEF anyagok forrása és nyelői: anyag megjelenése egy rendszerben, például kémiai reakciók miatt f(x,c, egységnyi térfogatban, időegység keletkező vagy eltűnő anyagmennyiség. A következőkben az egyszerűség kedvéért a folyamatokat csak az x-koordináta mentén vizsgáljuk. Hasonló eredményeket kapnánk illetve térbeli dimenzióban is. 5 Diffúziós áramsűrűség - Fick I. törvénye DEF diffúziós áramsűrűség az az anyagmennyiség, amely a diffúzió irányára merőleges, egységnyi felületen időegység alatt áthalad [mol m - s -1 ] TV Fick I. törvénye: a J d diffúziós áramsűrűség arányos a diffundáló anyag koncentrációjának térbeli gradiensével: J d = D DEF a D > 0 arányossági tényező a diffúziós együttható negatív előjelre azért van szükség, mert J d pozitív, c/ negatív (csökken a koncentráció jobbfelé) D pozitív (így definiáltuk) Adolf Eugen Fick (189-1901) német orvos (nem ő találta fel a kontaktlencsét!) a diffúzió a csökkenő koncentráció irányába megy 6

Konvekciós áramsűrűség DEF konvekciós áramsűrűség az az anyagmennyiség, amely az áramlás irányára merőleges, egységnyi felületen időegység alatt áthalad [mol m - s -1 ] Ha az áramló közeg sebessége v x, akkor időegység alatt, az áramlás irányára merőleges egységnyi felületen annyi anyagmennyiség halad át, amely v x magasságú, egységnyi alapterületű hengerben található. J k konvekciós áramsűrűségszámítása: J k = c v x c a közeg által szállított anyagfajta koncentrációja 7 1D reakció diffúzió konvekció rendszer leírása TV egydimenziós (1D) reakció diffúzió konvekció egyenlet: = D v t x + TV Fick II. törvénye (v x = 0 és f = 0 esetében): f t = D ezek parciális differenciálegyenletek nemstacionárius eset: peremfeltétel és kezdeti feltétel kell stacionárius eset: csak peremfeltétel kell Általában csak numerikusan oldhatók meg. Egy ritka ellenpélda: Kis térfogatban levő anyag diffúziós szétterjedésének leírása térben és időben 1D-ben: c(x, = c0 e 4πD t x / 4Dt c /c 0/cm -1,5 1 1,5 1 0,5 0 - -1,5-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 x /cm 8 4

1D reakció diffúzió konvekció egyenlet levezetése Vizsgán nem kell tudni, de tanulságos: sok gondolatmenetnek az a háttere, hogy egy mérlegegyenletet írnak fel: x hosszúságú, A felületű szakasza a csőnek. Csőszakaszban levő anyagmennyiség ca x Ez változhat a (1) diffúziótól () beáramlástól () kémiai reakciótól: c ( ca x) x x Jd vx A c c = DA ( x, DA ( x + x, + t + Av c( x, Av c( x + x, + fa x x x Az előbbi egyenlet átrendezve: c ( x + x, ( x, = D v t x c( x + x, c( x, x x + f x 0 határátmenet után: = D v t x + f 9 Hővezetés DEF hővezetés: hőmérsékletkülönbség hatására hő áramlik a magasabb hőmérsékletű helyről az alacsonyabb hőmérsékletű felé. DEF hőáram sűrűsége: hőáram irányára merőlegesen egységnyi felületen, egységnyi idő alatt áthaladó hőmennyiség [J m - s -1 ] TV Fourier-törvénye: hőáram sűrűsége egyenesen arányos a hőmérséklet térkoordináta szerinti gradiensével: J q T = λ ahol λ a hővezetési együttható [J K -1 m -1 s -1 ] hővezetési és diffúziós feladatok tehát alakilag azonosak matematikailag ugyanúgy kezelhetők Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 180) francia matematikus, fizikus és történész 10 5

Transzportfolyamatok kereszteffektusai Onsager felfedezése: Intenzív mennyiségek gradiensének hatására extenzív mennyiségek árama alakulhat ki. irreverzibilis termodinamika avagy nemegyensúlyi termodinamika: a transzportfolyamatok általános elmélete Lars Onsager (190 1976) norvég-usa fiziko-kémikus kémiai Nobel-díj, 1968 Transzportfolyamatok kereszteffektusai: egy intenzív mennyiség gradiense nem csak a hozzá tartozó extenzív mennyiség mozgását okozza, hanem más extenzív mennyiségekét is: c T anyagdiffúzió Fick törvényei Soret-hatás (termodiffúzió) hődiffúzió Dufour-hatás Fourier-törvény 11 Termodiffúzió (Soret-hatás) DEF termodiffúzió: hőmérsékletkülönbség hatására végbemenő anyagvándorlás Az edény melegebb végén a kisebb moláris tömegű komponens koncentrációja nagyobb az egész elegyre vonatkozó átlagnál, a hidegebb végen pedig fordítva. Felhasználása például: - izotópok elválasztása - gyökök diffúziójának leírása lángokban Charles Soret (1854-1904) svájci fizikus és vegyész 1 6

Internetes források Adolf Fick http://de.wikipedia.org/wiki/adolf_fick Fick's laws of diffusion http://en.wikipedia.org/wiki/fick%7s_law_of_diffusion Lars Onsager http://hu.wikipedia.org/wiki/lars_onsager Charles Soret http://en.wikipedia.org/wiki/charles_soret Transzportjelenségek téma VÉGE 14 7