Под средней длиной свободного пробега понимают среднее расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными соударениями. за секунду молекула в среднем проходит расстояние, численно равное ее средней скорости . если за это же время она испытает в среднем столкновений с другими молекулами, то ее средняя длина свободного пробега , очевидно, будет равна (3.1.1) предположим, что все молекулы, кроме рассматриваемой, неподвижны. молекулы будем считать шарами с диаметром d. столкновения будут происходить всякий раз, когда центр неподвижной молекулы окажется на расстоянии меньшем или равном d от прямой, вдоль которой двигается центр рассматриваемой молекулы. при столкновениях молекула изменяет направление своего движения и затем движется прямолинейно до следующего столкновения. поэтому центр движущейся молекулы ввиду столкновений движется по ломаной линии (рис. 1). рис. 1 молекула столкнется со всеми неподвижными молекулами, центры которых находятся в пределах ломаного цилиндра диаметром 2d. за секунду молекула проходит путь, равный . поэтому число происходящих за это время столкновений равно числу молекул, центры которых внутрь ломаного цилиндра, имеющего суммарную длину и радиус d. его объем примем равным объему соответствующего спрямленного цилиндра, т. е. равным если в единице объема газа находится n молекул, то число столкновений рассматриваемой молекулы за одну секунду будет равно (3.1.2) в действительности движутся все молекулы. поэтому число столкновений за одну секунду будет несколько большим полученной величины, так как вследствие движения окружающих молекул рассматриваемая молекула испытала бы некоторое число соударений даже в том случае, если бы она сама оставалась неподвижной. предположение о неподвижности всех молекул, с которыми сталкивается рассматриваемая молекула, будет снято, если в формулу (3.1.2) вместо средней скорости представить среднюю скорость относительного движения рассматриваемой молекулы. в самом деле, если налетающая молекула движется со средней относительной скоростью , то молекула, с которой она сталкивается, оказывается покоящейся, что и предполагалось при получении формулы (3.1.2). поэтому формулу (3.1.2) следует написать в виде: (3.1.3) предположим, что скорости молекул до столкновения были и тогда из треугольника скоростей имеем (рис. 2) (3.1.4) так как углы и скорости и , с которыми сталкиваются молекулы, очевидно, являются независимыми случайными величинами, то среднее рис. 2 от произведения этих величин равно произведению их средних. поэтому (3.1.5) с учетом последнего равенства формулу (3.1.4) можно переписать в виде: (3.1.6) так как cредняя квадратичная скорость пропорциональна средней скорости, (3.1.7) т. е. .поэтому соотношение (3.1.6) можно представить так: (3.1.8) с учетом последнего выражения формула для средней длины свободного пробега приобретает вид: (3.1.9) для идеального газа . поэтому (3.1.10) отсюда видно, что при изотермическом расширении (сжатии) средняя длина свободного пробега растет (убывает).как было отмечено во введении, эффективный диаметр молекул убывает с ростом температуры. поэтому при заданной концентрации молекул средняя длина свободного пробега увеличивается с ростом температуры. вычисление средней длины свободного пробега для азота (d = 3•10-10 м), находящегося при нормальных условиях (р = 1,01•105 па, т = 273,15 к) дает: , а для числа столкновений за одну секунду: . таким образом, средняя длина свободного пробега молекул при нормальных условиях составляет доли микрон, а число столкновений – несколько миллиардов в секунду. поэтому процессы выравнивания температур (теплопроводность), скоростей движения слоев газа (вязкое трение) и концентраций (диффузия) являются достаточно медленными, что подтверждается опытом.
Температурный диапазон – это наиболее важный параметр среды обитания живых существ. температура на поверхности планеты зависит от близости светила, излучаемой им энергии, наклона орбиты планеты, ее эксцентриситета, наличия атмосферы и ее состава, наличия океанов и т.д. земля обладала всеми необходимыми с астрономической точки зрения свойствами, чтобы стать «колыбелью жизни». несмотря на общие благоприятные условия, поверхность земли характеризуется большим разнообразием климатических зон, разброс экстремальных температур которых составляет почти 150ºс. верхний предел диапазона температур, относящихся к области активной жизни, составляет около 50ºс. встречаются, однако, низшие организмы, которые приспособились к жизни в горячих источниках с температурой 70 - 90ºс. нагревание до температуры кипения воды выдерживают лишь споры и другие покоящиеся формы, почти не содержащие воды. границы жизни при низких температурах менее определены. область активной жизни, связанной с процессами в водной среде, должна лежать выше 0ºс. итак, температурный интервал, при котором размножение, развитие, эволюция организмов, узок. только наиболее высокоорганизованные животные приобрели в процессе эволюции на земле высокую температуру тела и совершенную терморегуляцию, вследствие чего стали независимыми от температурного режима среды обитания.целью моей работы было проследить, как разные виды живых организмов приспосабливаются к температурным условиям среды обитания. а для этого мне было необходимо проанализировать способы теплообмена живых организмов с окружающей средой и процесс терморегуляции их организма.природа знает несколько способов отдачи энергии: конвекция, излучение, теплопередача и испарение. все они нашли применение в организации процесса теплообмена организмов с окружающей средой. потеря энергии телом пропорциональна площади его поверхности. наблюдения показывают, что размеры тела теплокровных животных могут быть обусловлены климатом. это один из способов приспособления к климату. теплообмену происходит регулирование температуры тела. первый аспект этого процесса состоит в необходимости отвода энергии из внутренних частей к поверхности тела и затем в окружающую среду. эту проблему, в первую очередь решает конвекция, происходящая за счет циркуляции крови по капиллярам. кроме того, борьба с перегревом осуществляется путем увеличения испарения. потоотделение – важный фактор терморегуляции организма, поскольку испарению пота кожа охлаждается.второй аспект проблемы состоит в необходимости уменьшения потерь энергии организмом. сделать это можно путем создания специальной теплоизолирующей прослойки между организмом и окружающей его более холодной средой. у животных с этой целью используются покровы из шерсти, пуха, жировой ткани – материалов, характеризующихся низкой теплопроводностью. у человека эту функцию выполняет одежда, теплоизолирующие свойства которой обусловлены действием воздушной прослойки. на земле также существует немало животных, которые при наступлении неблагоприятных условий, связанных с сезонными изменениями климата, в спячку, то есть переходят в состояние покоя и анабиоза. при этом происходит перерыв в их активной деятельности, обмен веществ снижается до минимума и организм приобретает способность переносить низкие температуры.и наконец еще одним способом борьбы за выживание и животных и человека является создание жилища как средства защиты от дождя, снега и холода. воздух в помещении служит теплоизолирующей прослойкой, стены, крыша и пол жилища – для предохранения этого слоя воздуха от участия в конвективном переносе энергии из помещения на улицу. итак, в ходе своей работы я могу сделать вывод, что разные виды живых организмов во главе с человеком в результате эволюции сумели найти разные способы терморегуляции своего организма, что позволило сделать такой многообразной природу всех уголков нашей прекрасной планеты.тепловое явление,
