大學(xué)物理學(xué) 第一卷 經(jīng)典物理基礎(chǔ) 第6版 課件 15 氣體中的輸運(yùn)過程

第十五章氣體中的輸運(yùn)過程第二節(jié)氣體的輸運(yùn)過程第一節(jié)氣體分子的碰撞頻率和平均自由程CollegePhysics

大學(xué)物理本章核心內(nèi)容1.分子的平均碰撞頻率和平均自由程的計(jì)算

方法。2.氣體的黏滯現(xiàn)象、擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的基本規(guī)

律和產(chǎn)生機(jī)理。CollegePhysics

大學(xué)物理

矛盾氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率高，但氣體擴(kuò)散過程進(jìn)行得相當(dāng)慢?？藙谛匏怪赋觯簹怏w分子的速度雖然很大，但前進(jìn)中要與其他分子作頻繁的碰撞，每碰一次，分子運(yùn)動(dòng)方向就發(fā)生改變，所走的路程非常曲折。氣體分子平均速率第一節(jié)氣體分子的碰撞頻率和平均自由程第一節(jié)氣體分子的碰撞頻率和平均自由程

分子平均碰撞次數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)一個(gè)

分子和其它分子碰撞的平均次數(shù)

分子平均自由程：每?jī)纱芜B續(xù)碰撞之間，一個(gè)分子自由運(yùn)動(dòng)的平均路程物理模型1.分子為剛性小球2.分子有效直徑為（分子間距平均值）

3.

分子間的碰撞是彈性碰撞擴(kuò)散速率(位移量/時(shí)間)平均速率(路程/時(shí)間)第一節(jié)氣體分子的碰撞頻率和平均自由程

其它分子皆靜止,某一分子以平均速率相對(duì)其他分子運(yùn)動(dòng)單位時(shí)間內(nèi)平均碰撞次數(shù)考慮其他分子的運(yùn)動(dòng)，分子平均碰撞次數(shù)

2ddn第一節(jié)氣體分子的碰撞頻率和平均自由程

平均自由程

一定時(shí)

一定時(shí)理想氣體思考：一定量氣體，體積不變而溫度升高，分子平均碰撞頻率和平均自由程將怎樣變化？第一節(jié)氣體分子的碰撞頻率和平均自由程

例

求在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一秒內(nèi)分子的平均自由程和平均碰撞次數(shù).已知?dú)浞肿拥挠行е睆綖?10-10m.解:因此得數(shù)億次!

無外界干預(yù)時(shí)，系統(tǒng)要從非平衡態(tài)自發(fā)地向平衡態(tài)過渡亦稱輸運(yùn)過程.討論氣體在非平衡態(tài)下的三種特殊過程，即：三種遷移現(xiàn)象：粘滯現(xiàn)象——分子動(dòng)量遷移；熱傳導(dǎo)現(xiàn)象——分子能量遷移；擴(kuò)散現(xiàn)象——分子密度遷移；遷移現(xiàn)象產(chǎn)生的原因:

流速,溫度,密度不均勻第二節(jié)氣體的輸運(yùn)過程

分子間的無規(guī)則碰撞在氣體的輸運(yùn)過程中起著關(guān)鍵的作用河流中水流的流速分布：河流河岸河岸u上層對(duì)下層的作用力fu2u1下層對(duì)上層的阻力力f一、粘滯現(xiàn)象由于各層氣流的流速不同，產(chǎn)生相鄰兩層氣流之間的阻礙氣體流動(dòng)的阻力，稱為粘性力。這種現(xiàn)象稱為內(nèi)摩擦現(xiàn)象。第二節(jié)氣體的輸運(yùn)過程第二節(jié)氣體的輸運(yùn)過程氣體層間的粘滯力

為粘度（粘性系數(shù)）

氣體粘滯現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是分子定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)量的遷移

,而這種遷移是通過氣體分子無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的.第二節(jié)氣體的輸運(yùn)過程二、擴(kuò)散現(xiàn)象

自然界氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象是常見的現(xiàn)象,容器中不同氣體間的互相滲透稱為互擴(kuò)散;同種氣體因分子數(shù)密度不同,溫度不同或各層間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的擴(kuò)散現(xiàn)象稱為自擴(kuò)散.

物體內(nèi)各部分的密度不均勻而引起質(zhì)量從密度大的區(qū)域向密度小的區(qū)域遷移的現(xiàn)象。ρ小ρ大ρ小dm遷移的氣體質(zhì)量密度梯度D—擴(kuò)散系數(shù)ρ大第二節(jié)氣體的輸運(yùn)過程

氣體擴(kuò)散現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是氣體分子數(shù)密度的定向遷移,而這種遷移是通過氣體分子無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的.第二節(jié)氣體的輸運(yùn)過程熱導(dǎo)率恒為正值

能量流動(dòng)方向與溫度梯度方向相反

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)各部分的溫度不均勻時(shí)，就有熱量從溫度較高的地方傳遞到溫度較低的地方，由于溫差而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。三、熱傳導(dǎo)第二節(jié)氣體的輸運(yùn)過