Явища перенесення тепла і переміщення вологи у матеріалах
План
2. Поняття про хімічний потенціал.
1. Потенціал перенесення.
Переміщення вологи в колоїдних капілярно-пористих матеріалах обумовлено наявністю в них градієнта потенціалу перенесення. Поняття „потенціалу перенесення” найбільш повно охоплює явище перенесення тепла і переміщення вологи у вологих матеріалах, причому величина потенціалу безпосередньо пов’язана з енергією зв’язку вологи з матеріалом.
Вперше версію про величину енергії зв’язку вологи з сухою речовиною висунув Поляні, який використав поняття „адсорбційний потенціал”.
Адсорбційний потенціал поля адсорбента характеризується роботою переміщення молекули адсорбата з безкінцево віддаленої точки від поверхні адсорбента в дану точку поля. Отже, найбільше значення адсорбційного потенціалу відповідає поверхні адсорбента. Але вологий матеріал у процесі його зневоднення є відкритою системою, у якій відбувається також контакт матеріалу з оточуючим середовищем.
Тому явище масоперенесення необхідно розглянути комплексно.
Таблиця 5.1 - Властивості системи, які обумовлюють її енергію
Із хімічної термодинаміки відомо, що стан системи визначається сукупністю її екстенсивних і інтенсивних властивостей. Причому екстенсивні властивості пропорційні масі системи; числові значення інтенсивних властивостей від маси не залежать.
Сукупність інтенсивних властивостей визначає термодинамічні параметри системи. Як правило, потенціалами перенесення вибирають відповідні термодинамічні параметри.
Наприклад, потенціал перенесення вологи у вологому матеріалі є параметр, аналогічний температурі, яка буде потенціалом перенесення тепла.
Загальним для нього є хімічний потенціал для пари і тільки наближено для рідини в околі гігроскопічного стану.
Для переміщення адсорбційно зв’язної вологи в матеріалі (дифузійне молекулярне переміщення) у вигляді пари є парціальний тиск пари. А для капілярного переміщення рідини – капілярний потенціал.
Якщо в системі наступає стан термодинамічної рівноваги і потенціали у різних зонах або всієї системи однакові, то перенесення вологи відсутнє. Тому обов’язковою умовою перенесення є виникнення потенціалу перенесення.
2. Поняття про хімічний потенціал.
У науковій та довідковій літературі потенціал позначають великою буквою П. Потенціал перенесення П у загальному виді є частковою похідною від певної функції 
, що характеризує процес на узагальнюючій координаті
де індекси і та j відображають умови контакту тіла з оточуючим середовищем або окремих зон тіла між собою. Під характеристичною функцією розуміють стан функції, через який явно можуть бути виражені всі термодинамічні властивості системи.
Для процесу перенесення тепла потенціалом перенесення є температура Т, узагальнюючою координатою – ентропія S, а характеристичною функцією – кількість теплоти Q:
Як характеристичну функцію можна також прийняти внутрішню енергію U або ентальпію J і тоді потенціал перенесення тепла матиме вигляд:
Для відкритої системи, коли тіло перебуває у взаємодії з навколишнім середовищем у ній відбувається обмін масою, перший і другий закон термодинаміки описують рівнянням Гіббса:
де 
– хімічний потенціал і-го компонента (парціально питома функція Гіббса);
– змінна маси і-го компонента системи.
Отже, хімічний потенціал є загальним потенціалом масоперенесення, а маса речовини m1 може розглядатись як узагальнююча координата.
У випадку рівноваги системи з оточуючим середовищем dПi = 0, dK1 = 0, потенціал перенесення визначається:
Хімічний потенціал безпосередньо виміряти неможливо, тому його визначають через відповідні термодинамічні потенціали. У загальному вигляді хімічний потенціал певної речовини рівний частковій похідній від будь-якої характеристичної функції систем за числом молів даної речовини, які визначають його масу
де mj –умова постійності маси, крім маси і;
F – вільна енергія системи.
Як підсумок можна зробити висновок визначення хімічного потенціалу.
Хімічний потенціал – це приріст внутрішньої енергії U даної речовини в системі при збільшенні його маси на одиницю, якщо об’єм, ентропія і маси всіх інших речовин, які входять у систему, залишаються постійними.
Хімічний потенціал, коли він являється потенціалом перенесення пари у вологому повітрі, залежить від абсолютної температури Т і парціального тиску пари Р1:
У свою чергу для перенесення вологи всередині тіла в області гігроскопічної рівноваги, хімічний потенціал вологи переміщається у вигляді пари, може бути представлений як функція вологовмісту та температури тіла
