MATIÈRE (physique) État gazeux
Propriétés de transport
Dans un gaz hors d'équilibre, l'agitation thermique produit le transport d'un point à un autre d'une grandeur moléculaire auquel est associé un phénomène macroscopique. Ainsi, le transport de masse est responsable de la diffusion d'un gaz dans un autre, le transport de chaleur est à l'origine de la conductibilité thermique et le transport de quantité de mouvement est associé au phénomène de viscosité. Ces propriétés dépendent essentiellement de la taille des molécules et du nombre moyen de collisions moléculaires par unité de temps. L'interprétation de ces phénomènes à l'échelle moléculaire fait intervenir une grandeur appelée libre parcours moyen, valeur moyenne de la distance parcourue par les molécules entre deux chocs successifs. Dans l'hypothèse où la distribution des vitesses moléculaires suit la loi de Maxwell, le libre parcours moyen a pour expression :
Ainsi, les flux de particules, de chaleur ou de quantité de mouvement sont respectivement proportionnels aux gradients de concentration, de température ou de vitesse. La constante de proportionnalité K, appelée coefficient de transport, s'identifie respectivement au coefficient de diffusion D (en m2s—1), à la conductibilité thermique λ (en Wm—1 K—1) et au coefficient de viscosité η (en Nsm—2 ou poiseuille). Dans le cas où le gradient de la grandeur X possède une composante non nulle suivant z, les lois macroscopiques gouvernant les phénomènes de transport et leurs relations aux quantités microscopiques s'écrivent :
– pour la diffusion de matière,
– pour la diffusion de chaleur,
– pour la viscosité,
La conductibilité thermique λ et la viscosité η sont indépendantes de la densité et sont proportionnelles à√T. En revanche le coefficient de diffusion de particules est inversement proportionnel à N. À pression constante, D varie donc en T3/2 (N = P/KBT).
Les propriétés de transport des gaz réels sont affectées par les interactions moléculaires. Leur prise en compte conduit à remplacer la section efficace de collision des sphères rigides σ = πd2 par une valeur effective σ* = πd2Ω*. La quantité Ω*, appelée intégrale de collision réduite, dont la valeur est comprise entre 0,4 et 4, dépend de la température et du coefficient de transport considéré.
La suite de cet article est accessible aux abonnés
- Des contenus variés, complets et fiables
- Accessible sur tous les écrans
- Pas de publicité
Déjà abonné ? Se connecter
Écrit par
- Henri DUBOST : docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S.
- Jean-Marie FLAUD : docteur ès sciences, directeur de recherche au C.N.R.S.
Classification
Médias
États désordonnés de la matière
Encyclopædia Universalis France
Représentation du diagramme de phase d'un corps pur
Encyclopædia Universalis France
Température d'ébullition des gaz rares
Encyclopædia Universalis France
Autres références
-
ÉTAT DE LA MATIÈRE, notion d'
- Écrit par Bernard PIRE
- 1 521 mots
L'expérience quotidienne permet à chacun d'appréhender la notion d'état de la matière (parfois appelé phase) et celle de transition de phase qui lui est étroitement liée. L'exemple typique est celui des trois états si différents que prend l'eau lorsque sa température varie : à partir de 0 ...
-
MATIÈRE, notion de
- Écrit par Jean-Marc LÉVY-LEBLOND
- 2 022 mots
Le mot « matière » cache sous sa généralité abstraite une origine concrète fort éclairante. En latin archaïque, materia appartient à la langue rustique et désigne la substance dont est fait le tronc de l'arbre, en tant qu'elle est productrice (de branches, de feuilles). L'élargissement successif...
-
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
- Écrit par Maurice JACOB et Bernard PIRE
- 8 172 mots
- 12 médias
Les physiciens poursuivent l'étude de la structure de la matière dans le but de trouver plus d'unité et de simplicité dans un monde qui nous frappe par sa diversité et son apparente complexité. N'est-il pas remarquable de pouvoir ramener la variété quasi infinie des objets qui nous entourent...
-
ANTIMATIÈRE
- Écrit par Bernard PIRE et Jean-Marc RICHARD
- 6 931 mots
- 4 médias
...associé est bâti avec les antiquarks correspondants. Les mésons résultent de la liaison d'un quark et d'un antiquark. Dans cette description moderne, la matière est constituée par trois « générations » de quarks et de leptons, le nombre trois a été établi par les expériences du C.E.R.N. (laboratoire européen... -
ATOME
- Écrit par José LEITE LOPES
- 9 140 mots
- 13 médias
L'atome est le terme ultime de la division de la matière dans lequel les éléments chimiques conservent leur individualité. C'est la plus petite particule d'un élément qui existe à l'état libre ou combiné. On connaît 90 éléments naturels auxquels s'ajoutent le ...
-
BOHR ATOME DE
- Écrit par Bernard PIRE
- 369 mots
- 1 média
Deux ans après avoir soutenu sa thèse sur la théorie électronique des métaux, le physicien danois Niels Bohr (1885-1962) écrit en 1913 trois articles fondamentaux qui révolutionnent la compréhension de la structure de la matière. Le premier, paru le 5 avril dans le Philosophical Magazine...
- Afficher les 40 références
