非平衡态动力学理论.pptVIP

§5-1 黏性现象的宏观规律 §5-2 扩散现象的宏观规律 一、自扩散与互扩散 ?扩散:当物质中粒子数密度不均匀时，由于分子的热运动使粒子从数密度高的地方迁移到数密度低的地方的现象为扩散。 互扩散是发生在混合气体中，自扩散是互扩散的一种特例。它是一种使发生互扩散的两种气体分子的差异尽量变小，使它们相互扩散的速率趋于相等的互扩散过程。 D12 为“1”分子在“2”分子中作一维互扩散时的系数。△M 为输运的“1”质量数。 三、气体扩散（diffusion）的微观机理 扩散是在存在同种粒子的粒子数密度空间不均匀的情况下，由于分子热运动所产生的宏观粒子迁移或质量迁移。 它与流体由于空间压强不均匀所产生的流体流动不同，后者是由成团粒子整体定向运动产生。 §5-3 热传导现象的宏观规律 当系统与外界之间或系统内部各部分之间存在温度差时就有热量的传输，这称为热传递。热传递有热传导、对流与辐射。 二、热传导的微观机理 热传导是由于分子热运动强弱程度（温度）不同所产生的能量传递。在空间交换分子对的同时交换了具有不同热运动平均能量的分子，因而发生能量的迁移。 §5-4 对流传热的宏观规律 ？对流传热：指借助流动来达到传热的过程。在对流发生时也伴随有热量的传递。 分类：对流传热有自然对流和强迫对流。 自然对流中驱动流体流动的是重力。 当流体内部存在温度梯度,出现密度梯度时,较高温处流体的密度一般小于较低处流体的密度。若密度由小到大对应的空间位置是由低到高，则受重力作用流体会发生流动。 首先是分子的无规则运动，使原来存在的不均匀性质趋于均匀一致。 其次，输运过程的快慢还决定于分子间碰撞的频繁程度。 在分子平均速度相同的情况下，碰撞越频繁，输运过程进行的越缓慢。输运过程之所以具有一定的速率，就是分子运动和分子碰撞这两方面矛盾统一的结果。 §5-6 气体分子碰撞的概率分布 制备 N0 个分子所组成的分子束，分子束中的分子恰好在同一地点 x = 0 处刚被碰过一次，以后都向 x 方向运动。分子束在行进过程中不断受到背景气体分子的碰撞，使分子数逐渐减少。 §5-7 气体输运系数的导出 输运过程都是较简单的近平衡非平衡过程，空间宏观不均匀性都不大。分子经过一次碰撞后就具有在新碰撞地点的平均动能、平均定向动量和平均粒子数密度。 由于气体分子间平均距离足够小，气体是足够的稀薄，但又不是太稀薄。 §5-8 稀薄气体的输运过程 一、稀薄气体的特征 考虑到输运现象中分子与器壁碰撞时也会发生动量和能量的传输。一般情况下，分子在单位时间内所经历的平均碰撞总次数应是分子与分子及分子与器壁碰撞的平均次数之和。即 κ与κ′的差别在平均自由程上：超高真空气体的分子碰撞主要与器壁发生碰撞，平均自由程由λm-w 决定，而常压下气体的碰撞主要发生于分子之间，平均自由程为λ。 在一定温度下，极稀薄气体传递的热量与压强成正比。真空度越高，绝热性能越好。利用这种热传导性质可制成热导式真空计。 小结与基本要求 AB 分子间的平均相对运动速率为 μ为折合质量 刚性异种分子间的碰撞截面为 A分子平均碰撞频率为 同理，B 分子平均碰撞频率为 x y Z O N0 N N+dN x x+ dx t t + dt 0 0 一、气体分子的自由程分布 假设在 t 时刻，x 处剩下N 个分子，经过d t 时间，分子束运动到 x + d x 处又被碰撞掉 | dN |个分子。即自由程为x 到x + d x 的分子数为 dN 。在 x —x + d x 距离内，减少的分子数 | dN |与 x 处的分子数 N 成正比，与 d x 的大小成正比，其比例系数为K，则 x y Z O N0 N N+dN x x+ dx t t + dt 0 0 KNdx dN = - Kdx N dN - = ) exp( 0 Kx N N - = ò - = x Kdx N N ln 0 0 上式表示：从 x =0 处射出的刚碰撞过的N0个分子，它们行进到 x处所残存的分子数 N 按指数衰减。 －dN 表示 N0 个分子中自由程为x — x+ dx 的平均分子数。 上式表示：分子束行进到 x 处残存的概率；也是自由程从 x 到无穷大范围的概率。 是分子自由程在 x — x+ dx 范围的概率。 平均自由程 分子在 x—x + dx 距离内受到碰撞的概率为 P（x） x+ dx x x O