輸送現象の定義

ダニエラ・ナタリー・ディアス・ゼペダ
MC 生体医工学および物理学の博士号

輸送現象という用語は、主に運動量輸送、エネルギー輸送、物質輸送の 3 種類のプロセスを指します。 これら 3 つの主要な研究分野には、それぞれ、流体力学、熱伝達、およびさまざまな化学種の物質移動が含まれます。

輸送現象の研究は、物理学、化学、機械工学、化学工学など、さまざまな科学分野の発展の基礎です。 基本的に、すべての輸送現象はその動作が保存則 (物質とエネルギー) に基づいていることは言及する価値があります。

運動量輸送

運動量輸送とは、運動する物質、特に流体を指します。 流体力学はこれらのプロセスの研究を担当し、プロセスが発生する原理を扱います。 パイプ内の流れ、乱流、開いた水路など、さまざまな条件下での流体の動き。 その他。 運動量伝達の研究は、人体の血流などの生物学的システムにおいても、空気力学や陸上車両の設計などの用途に役立ちます。

エネルギー輸送

一方、熱伝達は、熱の形のエネルギーがある場所から別の場所にどのように伝わるかを説明する基本的なプロセスです。 これは、伝導、対流、放射という 3 つの主要なメカニズムで発生します。 伝導は、接触している固体内での熱の伝達であり、対流は、固体間での熱の伝達です。 流体の動きと放射は、マイクロ波やマイクロ波などの電磁波による熱の伝達です。 赤外線。

熱伝達現象がどのように起こるかを理解することは、熱伝達の設計などの用途において不可欠です。 熱交換器、室内暖房または冷房装置、キッチン家電など。 他にもたくさん。

物質移動

物質移動とは、相変化または関与する化学プロセスによって、物質が特定のシステム内のある場所から別の場所に移動するメカニズムを指します。 ここでは、化合物や分子やイオンなどの他の化学種の拡散、特に生理学的プロセスなどの特定のプロセスで発生する反応の説明が登場します。 物質移動は、吸収、抽出、乾燥、蒸留などの工業プロセスに適用される単位操作において重要な役割を果たします。

輸送現象は、巨視的、微視的、分子的という異なるスケールを参照して、3 つの異なるレベルの拡大鏡の下で研究できます。 巨視的なレベルから始めます。バランスとして知られる方程式が提案され、システム内の運動量、エネルギー、質量が特定の変化の下でどのような影響を受けるかを説明します。 前記変化は、物質、エネルギー、または外部電流の入力による、いくつかの元素の導入または除去であり得る。 これらのバランスは、システムのすべての詳細の理解は脇に置き、初期状態からプロセス内で条件が発生した時点までの違いに焦点を当てます。 巨視的レベルで輸送現象を研究することは、地球規模の観点から問題を理解するのに役立ち、工学などの特定の用途では、それだけで十分です。

次は顕微鏡レベルで、システム内の小さな領域が検査されます。 変化を説明する方程式もここに当てはまりますが、それは小さな領域内でのみ適用されます。 勉強。 顕微鏡レベルでの研究の目的は、温度、圧力、温度などの巨視的レベルよりも詳細な情報を取得することです。 濃度プロファイルを他の領域に外挿して、より詳細な X 線画像を取得できます。 勉強。 最後に、分子レベルでは輸送現象を根本的に理解しようとします。 つまり、質量、運動量、エネルギーのメカニズムを力と構造の観点から理解することです。 分子。 この種の研究は、理論物理学、物理化学、そしてごくまれに工学などの科学分野で採用されています。

応用例

輸送現象の研究のいくつかの応用には、産業、生物学、輸送現象の解決が含まれます。 農業と気象学については、これらすべてのプロセスが物質保存の法則によって支配されていることを思い出しましょう。 エネルギー。 この研究分野に専念するエンジニアや科学者は、方程式を使用してこれらの現象をモデル化し、 管理されるプロセスを最適化する方法を探すことに加えて、さまざまな条件下での動作を予測する 彼らのために。 より具体的には、蒸留、穀物や木材の乾燥、食品や飲料の製造のための発酵プロセスなどの工業プロセス、 水処理、採掘、石油精製、それらはすべて自然現象を応用することで発展し、完成され続けています。 輸送。