Особые необратимые процессы, возникающие в термодинамически неравновесных системах, называются явлениями переноса. К ним относятся диффузия (перенос массы); теплопроводность (перенос энергии) и вязкость, или внутреннее трение (перенос импульса).

Диффузия (от латинского diffusio – распространение, растекание) — взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия происходит в направлении уменьшения концентрации вещества и ведет к его равномерному распределению по занимаемому объему.

Диффузия имеет место в газах, жидкостях и твердых телах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее — в жидкостях, еще медленнее — в твердых телах, что обусловлено характером движения частиц в этих средах.

Для газа диффузия — это распределение молекул примеси от источника (или взаимная диффузия газа).

Диффузионный поток пропорционален градиенту концентрации и рассчитывается по закону Фика:

�=−� ����, или �=−� ���� �J=−D dxdn​, или J=−D grad n

Знак минус в уравнении Фика показывает, что диффузионный поток направлен в сторону уменьшения концентрации. При этом коэффициент диффузии D численно равен диффузионному потоку через единицу площади в единицу времени при grad�n=1. Измеряется коэффициент диффузии в м/с2 . Согласно кинетической теории газов коэффициент диффузии �D равен:

�=13<�><�>D=31​<λ><υ>

Так как <�λ>=��2��=2​σPkT​,а <�ν>=8����=μπ8RT​​,получаем, что коэффициент диффузии �D~�3/2/(��)T3/2/(Pμ​).Таким образом, с увеличением температуры диффузия в газах ускоряется, с ростом давления — замедляется. Диффузия в газах с тяжелыми молекулами протекает медленнее.

Внутреннее трение (вязкость) возникает между слоями газа или жидкости, перемещающимися параллельно друг другу с разными по модулю скоростями.

Если какое-либо тело движется в газе, то оно сталкивается с молекулами газа и сообщает им импульс. С другой стороны, тело тоже будет испытывать соударения со стороны молекул и получать собственный импульс, но направленный в противоположную сторону. Газ ускоряется, тело тормозится, т. е. на тело действуют силы трения. Такая же сила трения будет действовать и между двумя соседними слоями газа, движущимися с разными скоростями.

Таким образом, причиной внутреннего трения в газах является перенос импульса из одного слоя в другой. Сила трения пропорциональна градиенту скорости и описывается законом Ньютона:

�=−�����, или �=−� ���� �→f=−ηdxdυ​, или f=−η grad υ

Здесь �η — коэффициент динамической вязкости, зависящей от плотности газа �ρ:

�=13<�><�>��=��η=31​<λ><υ>nm=Dρ

Физический смысл �η в том, что он численно равен импульсу, переносимому в единицу времени через единицу площади при градиенте скорости, равном единице. Коэффициент вязкости газов не зависит от давления газа и растет с повышением температуры �.T​.

Теплопроводностью называется явление переноса внутренней энергии из одного слоя газа в другой. Если в соседних слоях газа создана и поддерживается разность температур, то между ними будет происходить обмен тепла.

Благодаря хаотическому движению молекулы в соседних слоях будут перемешиваться и их средние энергии будут выравниваться. Происходит перенос энергии от более нагретых слоев к более холодным телам. Тепловой поток q пропорционален градиенту температуры и подчиняется закону Ж. Фурье:

�=−�����,или�=−�∇�q=−χdxdT​,илиq=−χ∇T

Кинетическая теория газов дает для коэффициента теплопроводности следующее выражение:

�=13<�><�>��2�,или�=13<�><�>���удχ=31​<λ><υ>n2i​k,илиχ=31​<λ><υ>ρCVуд​

где ��удCVуд​ — удельная теплоемкость при постоянном объёме.