高二物理競賽擴散現(xiàn)象的宏觀定律課件

1.擴散現(xiàn)象的宏觀定律擴散(diffusion)

在混合氣體內(nèi)部，當某種氣體在各處的密度不均勻時，這種氣體將從密度大的地方向密度小的地方散布，這種現(xiàn)象叫擴散。1我們這里研究的是：純擴散--僅僅是由于分子的無規(guī)則運動和碰撞引起的擴散過程。

實現(xiàn)純擴散的條件不存在宏觀氣流P、T各處均勻n各處均勻不同氣體的分子質(zhì)量相等即：混合氣體各處的密度、壓強、溫度都相同，只是組成混合氣體的各組分密度不均勻23ΔS2zxO

2

1z0>

1ydM系統(tǒng)中某種氣體的密度沿z方向增大,其不均勻情況用密度梯度d/dz表示。設想在z=z0處有一界面dS,實驗指出，在dt內(nèi)通過dS面?zhèn)鬟f的氣體質(zhì)量為:——菲克定律

D

為擴散系數(shù),單位m2s-1，表示單位時間、單位面積、單位密度梯度上所輸運的質(zhì)量。3首先是氣體分子的熱運動另一個重要原因就是分子間的碰撞。決定輸運現(xiàn)象的基本因素：

①分子熱運動起“攪拌”作用，使氣體由不均勻趨于均勻。

②分子間的碰撞影響“攪拌”的快慢，直接決定遷移現(xiàn)象的強弱。總結(jié)：

③存在不均勻性，各處的分子具有不同的特點。51、三種輸運過程的共同特點：①系統(tǒng)內(nèi)部存在某種參量不均勻；②存在不均勻“梯度”；2、不同點：所研究的參量及梯度的意義不同。③輸運結(jié)果是使該不均勻參量趨向均勻（或平衡）。6輸運過程的微觀解釋一.黏性現(xiàn)象的微觀解釋從分子運動角度看內(nèi)摩擦現(xiàn)象：從分子運動看,各層流體的流速不同,是在各層分子無規(guī)則熱運動之上加上去的定向運動的速度不同。

由于熱運動,下層的分子跑到上層時帶去較小的定向動量;上層的分子跑到下層時帶去較大的定向動量,下層的定向動量增大,所以宏觀上看

等于下層受到了指向前方的內(nèi)摩擦力。67內(nèi)摩擦現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是：分子在無序的熱運動中輸運定向動量的過程。下面近似地推導關系式：氣體黏性系數(shù)簡化模型:(2)認為dS上下交換的分子都是沿z軸運動的，并且單位體積中各有的分子沿+z,-z

方向運動?？烧J為氣體處于平衡態(tài)宏觀流速分子熱運動平均速率如果(1)78

這樣,在dt時間內(nèi),從

dS一側(cè)跑到另一側(cè)的分子數(shù)為

（2）假設分子越過

dS面之前都是在離dS面距離

約為平均自由程處發(fā)生最后一次碰撞的，

分子由上到下攜帶的動量是;

分子由下到上攜帶的動量是.8而且它們帶過來的定向動量,就是在那里的定向動量……“一次同化論”假設。

因此,在dt時間內(nèi),

在dS下方的流體層凈增加的定向動量為

分子由上到下攜帶的動量是;

分子由下到上攜帶的動量是.：表示處的動量梯度910由牛Ⅱ,dS下方的流體層相應受到的內(nèi)摩擦力就是因為定向運動動量為p=mu1011討論：1）、η與n無關。2）、

η僅僅是溫度的函數(shù)。3）、可以測定σ和d的數(shù)量級。4）、公式的適用條件d<<λ<<L.5）、采用不同近似程度的各種推導方法的實質(zhì)是相同的。氣體黏性系數(shù)1112二.熱傳導現(xiàn)象的微觀解釋溫度差不大時，根據(jù)能量均分定理，A部分子的平均熱運動能量B部分子的平均熱運動能量12在dt時間內(nèi),通過dS面，A、B兩部分交換的分子對數(shù)為13

因此,在dt時間內(nèi),通過dS