GL.热物理学及熵1-1气体内输运-碰撞频率、自由程.pdfVIP

热物理学基本规律及熵 GL.热物理学基本规律及熵 1 Ch.1.气体系统内的输运过程 §1-1.气体系统内分子的平均碰撞频率、 平均自由程 §1-2. 输运过程的宏观规律 §1-3. 输运过程的微观解释 GL.热物理学及熵-1 2 本章基 本要求 1. 正确理解非平衡态概念、输运过程概念 2. 正确理解气体系统内分子的平均碰撞频率、平均 自由程概念, 会用其解释问题并进行有关的计算 3. 正确理解3种输运过程(黏(滞) 性、热传导和扩散) 的 基本概念, 宏观规律,明确输运过程的微观解释 GL.热物理学及熵-1 3 Ch.1.气体系统内的输运过程 本章属于分子动理学的非平衡态理论范畴 处于非平衡态的系统,在无外界影响的条件下,系统各部分的 宏观性质会自发地发生变化, 直到系统中建立了平衡态为止 非平衡态下,系统内存在不均恒,导致输运过程发生 层流流速不均匀而发生黏(滞)性过程 温度不均匀而发生热传导过程 统称为“输运过程” 物质质量密度不均匀而发生扩散过程 GL.热物理学及熵-1 4 输运过程描述 • 由于非平衡态系统中存在某些不均匀性,导致系统中发生了 能量、热量、质量的宏观传递, 即发生了输运过程 •促使系统从非平衡态过渡到平衡态的输运过程,是由于系统 中巨大数量微粒子无序热运动、并且频繁碰撞造成 • 由于系统中大量微粒子频繁碰撞,使微粒子运行曲折多变的 路径,使行程加长,则导致系统由非平衡态过渡到平衡态的过 程加长,即导致输运过程变缓 GL.热物理学及熵-1 5 •系统中巨大数量无序热运动微粒子的频繁碰撞程度, 引入“平均碰撞频率” 、“平均自由程” 给予描述 •描述黏性(粘滞) 、热传导与扩散三类输运过程 给出三类输运过程的宏观规律描述 给出三类输运过程的微观规律描述 (即建立简化模型,从微观碰撞机制出发, 导出三类输运系数 表达式,即给出微观解释) GL.热物理学及熵-1 6 §1-1.气体内分子平均碰撞频率、平均自由程 一. 分子碰撞有效直径d、碰撞截面σ(或散射截面) 1.分子碰撞 当气体分子在运动过程中彼此接近时, 由于分子间的互作用, 分子会偏离原来自由运动的状态,称此互作用的过程为碰撞 •分子碰撞的实质: 在分子力作用下分子之间互散射的过程 •分子碰撞并非通常意义下的物体本体相互触及才能发生 2.分子碰撞的有效直径d •分子碰撞有效直径,反映相对运动的分子之间互作用的强弱 •分子之间对心碰撞与非对心碰撞, 相应的碰撞有效直径不同 GL.热物理学及熵-1 7 (1)对心碰撞碰撞有效直径 系统中具有动能的两个分子相互对心碰撞,两分子质心间 最接近距离的统计平均值—分子对心碰撞有效直径d •分子的动能越大,则分子碰撞有效直径越小些 •若两分子的间距大于分子碰撞有效直径,则二者不相碰撞