大学热学第七讲-平均自由程.ppt

氢气定体热容反常和自由度冻结假说: 至于为什么自由度会被“冻结”，为什么随温度升高自由度会逐渐“解冻”，一切经典理论对此都无法解释。 这需借助量子理论，其关键是转动动能与振动能并不能连续变化，而是分能级的，即能量是量子化的。 第四章 气体内的输运过程 黏滞现象 热传导过程 扩散过程 §4.1 气体分子的平均自由程 碰撞使分子不断改变运动方向与速率大小，使分子行进了十分曲折的路程，分子间不断交换能量与动量。 系统的平衡借助频繁的碰撞才能达到。 分子从A处移至B处，只能沿着曲折的道路前进！ ?理想气体分子在两次碰撞之间可认为是匀速运动，两次碰撞之间所走过的路程称为自由程，以λ表示。 任一分子任一个自由程长短、以及所用的时间都有偶然性！ 其中 对于同种分子， 对于同种分子, （2）显象管的发光原理又是怎样的? 显象管的发光需要具有足够大的动能的电子束,所以气体分子和电子碰撞的平均自由程应该比显象管的深度大得多。 显象管中的气体压强应该非常小。 § 4.2 输运过程的宏观规律 粘滞现象 热传导现象 扩散现象 直圆管中流体流速分布: 流体达到稳定流动时的流速分布如图, 流速箭头的包络面为抛物面, (2) 湍流 对于直圆管中流动，当雷诺数超过2300左右时流体流动成为湍流。 水中的层流 水中的湍流 香烟烟雾(从层流变到湍流) 从数学上说,对于确定的初始值,决定性的方程应该给出确定的解,从而描述系统的确定性行为。 但是,在某些非线性系统中,这种过程会因为初始值极微小的扰动而结果产生很大的变化。也就是说,系统对初始值有极敏感的依赖性.即失之毫厘,差之千里。 由于这种对初始值依赖的敏感性,从物理上看,过程好象是随机的。 这种 ‘假随机性’与方程中有反映外界干扰的随机项或随机系数而引起的随机性不同,是决定性系统内部所固有的,可以称为‘内禀随机性’。 以上这些都是混沌的主要特征，上世纪70-80年代学术界掀起了混沌理论的热潮,波及整个自然科学。在媒体报导下,又将‘混沌’一词传播到社会上。 混沌和分子混沌性的区别 分子混沌性来源于19世纪70年代玻耳兹曼所提出的假设：在没有外场时，处于平衡态的气体分子应均匀分布于容器中。在平衡态下任何系统的任何分子都没有运动速度的择优方向。除了相互碰撞外，分子间的速度和位置都相互独立。 （3）稳恒层流中的黏滞力 牛顿黏滞定律 稳态流动的流速不大，流体分成许多不同速度的水平薄层作层流。 它使流动较快一层流体减速，较慢的一层流体加速.这种力为黏滞力，内摩擦力。 它使流动较快一层流体减速，较慢的一层流体加速.这种力为黏滞力，内摩擦力。 当系统内部各部分之间的温度不均匀时就有热量从温度较高处传递到温度较低处，这种现象叫做热传导现象。 1822法国科学家傅里叶（Fourier）定律认为热流 dQ/dt (单位时间内通过的热量）与温度梯度 dT /dz 及横截面积 ds 成正比， ?????? 在混合气体内部，当某种气体的密度不均匀时，由于分子的热运动使这种气体分子从密度高的地方迁移到密度低的地方的现象称为扩散。 在混合气体内部，当某种气体的密度不均匀时，由于分子的热运动使这种气体分子从密度高的地方迁移到密度低的地方的现象称为扩散。 表面看起来好像互不相关，实际上这三种现象具有相同的宏观规律和微观机构。先来学习他们的宏观规律，实验定律。 实验发现，….这样的流体流动称为层流。 显然直圆管平均流速箭头的包络面为平面。 雷诺数是无量纲的，表征流速大小的一个量。 流体质点的轨迹不是有规则的， 不同质点轨迹线相互混杂。 湍流中流体流速随时间和空间坐标作随机的紊乱变化。 1.湍流中流体流速随时间和空间坐标作随机的紊乱变化，因此湍流被视为宏观随机性的典型范例，因为微观过程具有随机性，很容易找到范例，而宏观过程一般被认为是确定性的，不具有随机性的特点。 2.动力学系统一般由微分方程来描述其运动规律，决定性是指方程中的系数是确定的，不包括概率性因素。 美国麻省理工学院教授、混沌学开创人之一E.N.洛伦兹（气象学家爱德华·洛伦兹EdwardLorenz）计算机上建立微分方程模拟气候变化时，偶然发现输入的初始条件的极细微的差别，可以引起模拟结果的巨大变化。 1972发表了题为《蝴蝶效应》的论文，提出一个貌似荒谬的论断 ：在南半球巴西某地（热带丛林）一只蝴蝶的翅