第4章气体内的输运过程本章内容室温下气体分子热运动的平均速率大约为102~103米˙秒。根据这个速率来判断，气体中的扩散，热传导等过程似乎都应进行得很快。但实际情况并非如此，气体的混合(扩散过程)就进行得相当缓慢。例如，香水喷出后，香味要经过几分钟的时间才能传过几米的距离。其原因是，在分子由一处移至另一处的过程中，它要不断地与其它分子碰撞，这就使分子沿着迂回的折线前进。因此，气体的扩散，热传导过程等进行的快慢都与分子相互碰撞的频繁程度有关。4.1.1平均碰撞频率与平均自由程分子碰撞模型：分子可看作具有一定体积的刚球；分子间的碰撞是弹性碰撞；两个分子质心间最小距离的平均值认为是刚球的直径，称为分子的有效直径，用d表示。设想：跟踪分子A，它在t时间内与多少分子相碰。假设：其它分子静止不动，只有分子A在它们之间以平均相对速率运动。分子A的运动轨迹为一折线，以A的中心运动轨迹为轴线，以分子有效直径d为半径，作一曲折圆柱体。凡中心在此圆柱体内的分子都会与A相碰。考虑实际上所有的分子都在运动,并且速率各不相同,将其修正为:4.1.3平均自由程与压强、温度的关系解:按气体分子算术平均速率公式算得即在标准状态下，在1s内分子的平均碰撞次数约有80亿次。在孤立系统中，由于动量、能量、质量等的传递，各部分之间的宏观相对运动、温度差异、密度差异将逐渐消失，系统将从非平衡态过渡到平衡态，这些过程统称为输运过程。4.2.1粘滞现象牛顿粘滞定律：4.2.2热传导现象4.2.3扩散现象4.3输运过程的微观解释这三种输运过程可以说是输运的共性反映在三个具体过程之中，所以这三种过程的宏观规律的形式完全相似，意义也相似。粘滞现象是因为宏观速度的不均匀性造成动量的定向转移。热传导现象是因为宏观温度的不均匀性造成热量的定向转移。扩散现象是因为宏观密度的不均匀性造成质量的定向转移。4.3.2四个基本假设气体动理论的观点(微观上)认为，这种粘滞力是动量传递的结果。由于上层分子动量大于下层，故上层定向动量减少，下层定向动量增加，类似摩擦力。定向动量在垂直于流速的方向上向流速较小的气层的净迁移，这就是气体粘性的起源。在dt时间内通过dS交换的分子数为：2.热传导现象的微观解释因为气体的定容热容量为：3.扩散现象的微观解释4.3.4理论和实验的比较在一定的温度下，粘滞系数和导热系数与压强p或单位体积内的分子数n无关；扩散系数D与p或n成反比。在一定的压强下，、和D都随温度T的升高而加大；和与T1/2成正比，D与T3/2成正比。根据实验结果，当T升高时，、和D的增大都比理论预期的结果更加明显；和约与T0.7成正比，D约与T1.75至T2成正比。2.，和D之间的关系例试估算在15°C时氮气的粘滞系数，氮分子的有效直径取d=3.8×10-10m，已知氮分子的分子量为28。4.3.5低压下的热传导和粘滞现象输运过程三个宏观规律的比较本章总结