大学物理学 第一卷 经典物理基础 第6版 课件 15 气体中的输运过程.pptx

第十五章气体中的输运过程第二节气体的输运过程第一节气体分子的碰撞频率和平均自由程CollegePhysics大学物理

本章核心内容1.分子的平均碰撞频率和平均自由程的计算方法。2.气体的黏滞现象、扩散和热传导的基本规律和产生机理。CollegePhysics大学物理

?矛盾气体分子热运动平均速率高，但气体扩散过程进行得相当慢。克劳修斯指出：气体分子的速度虽然很大，但前进中要与其他分子作频繁的碰撞，每碰一次，分子运动方向就发生改变，所走的路程非常曲折。气体分子平均速率第一节气体分子的碰撞频率和平均自由程

第一节气体分子的碰撞频率和平均自由程分子平均碰撞次数：单位时间内一个分子和其它分子碰撞的平均次数分子平均自由程：每两次连续碰撞之间，一个分子自由运动的平均路程物理模型1.分子为刚性小球2.分子有效直径为（分子间距平均值）3.分子间的碰撞是弹性碰撞扩散速率(位移量/时间)平均速率(路程/时间)

第一节气体分子的碰撞频率和平均自由程其它分子皆静止,某一分子以平均速率相对其他分子运动单位时间内平均碰撞次数考虑其他分子的运动，分子平均碰撞次数???????????2ddn

第一节气体分子的碰撞频率和平均自由程平均自由程一定时一定时理想气体思考：一定量气体，体积不变而温度升高，分子平均碰撞频率和平均自由程将怎样变化？

第一节气体分子的碰撞频率和平均自由程例求在标准状态下一秒内分子的平均自由程和平均碰撞次数.已知氢分子的有效直径为2?10-10m.解:因此得数亿次!

无外界干预时，系统要从非平衡态自发地向平衡态过渡亦称输运过程.讨论气体在非平衡态下的三种特殊过程，即：三种迁移现象：粘滞现象——分子动量迁移；热传导现象——分子能量迁移；扩散现象——分子密度迁移；迁移现象产生的原因:流速,温度,密度不均匀第二节气体的输运过程分子间的无规则碰撞在气体的输运过程中起着关键的作用

河流中水流的流速分布：河流河岸河岸u上层对下层的作用力fu2u1下层对上层的阻力力f一、粘滞现象由于各层气流的流速不同，产生相邻两层气流之间的阻碍气体流动的阻力，称为粘性力。这种现象称为内摩擦现象。第二节气体的输运过程

第二节气体的输运过程气体层间的粘滞力为粘度（粘性系数）气体粘滞现象的微观本质是分子定向运动动量的迁移,而这种迁移是通过气体分子无规热运动来实现的.

第二节气体的输运过程二、扩散现象自然界气体的扩散现象是常见的现象,容器中不同气体间的互相渗透称为互扩散;同种气体因分子数密度不同,温度不同或各层间存在相对运动所产生的扩散现象称为自扩散.物体内各部分的密度不均匀而引起质量从密度大的区域向密度小的区域迁移的现象。ρ小ρ大

ρ小dm迁移的气体质量密度梯度D—扩散系数ρ大第二节气体的输运过程气体扩散现象的微观本质是气体分子数密度的定向迁移,而这种迁移是通过气体分子无规热运动来实现的.

第二节气体的输运过程热导率恒为正值能量流动方向与温度梯度方向相反当系统内各部分的温度不均匀时，就有热量从温度较高的地方传递到温度较低的地方，由于温差而产生的热量传递现象。三、热传导

第二节气体的输运过程气体热传导现象的微观本质是分子热运动能量的定向迁移,而这种迁移是通过气体分子无规热运动来实现的.思考：η,?,D之间的关系