第三章 输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论 4.ppt

§3.8 气体输运系数的导出 气体分子的运动速度可表示为： 定向运动速度 热运动速度 宏观看来，一个小的区域内分子的平均速度就是该处气体的定向运动速度。 气体分子动理论： 气体分子总有杂乱无章的热运动 任意截面?S两侧交换分子； 若沿?S面法线方向有某种物理量存在不均匀性， ?S 截面两侧分子的某种物理性质就不同； ?S 面两侧交换分子的结果就使得某种物理量沿?S法线传输， 此即输运现象。 若沿?S面法线方向有某种物理量存在不均匀性， ?S 截面两侧分子的某种物理性质就不同； ?S 面两侧交换分子的结果就使得某种物理量沿?S法线传输 扩散现象： 不均匀的物理量是分子数密度。 在相同时间内由高密度侧运动到低密度侧的分子数多， 净的结果是使气体分子从密度大的地方传输到密度小的地方。 因此扩散过程是输运分子本身的过程，是输运物质的过程，也是输运质量的过程。 热传导现象： ?S 面两侧沿法线方向不均匀的物理量是温度。 此时分子热运动的能量就不同。 只考虑单纯的热传导。 设气体内没有宏观粒子流，相同时间内经?S 面由一侧到另一侧的分子数等于反向运动的分子数， 即?S 两侧交换分子对。 热传导现象： ?S 面两侧沿法线方向不均匀的物理量是温度。 此时分子热运动的能量就不同。 设?S 两侧交换分子对。 高温侧分子的热运动能量大，低温侧分子热运动的能量小。 交换分子对的结果使热运动能量从高温侧传到低温侧，即： 热量从高温侧传到低温侧，此即气体的热传导。 因此气体的热传导过程是一种能量输运过程， 传输的是分子热运动的能量。 若沿?S面法线方向有某种物理量存在不均匀性， ?S 截面两侧分子的某种物理性质就不同； ?S 面两侧交换分子的结果就使得某种物理量沿?S法线传输 黏性现象： ?S 面两侧的定向运动速度不均匀。 为了单纯考虑黏性现象，假定气体中各处分子数密度、温度都相同。 ?S 面两侧仅交换分子对而没有净的分子流动。 即上方分子定向运动的动量大。 若沿?S面法线方向有某种物理量存在不均匀性， ?S 截面两侧分子的某种物理性质就不同； ?S 面两侧交换分子的结果就使得某种物理量沿?S法线传输 黏性现象： ?S 面两侧的定向运动速度不均匀。 假设?S 面上方分子的定向运动速度大， ?S 面两侧交换分子对的结果使分子定向运动的动量由上方传到下方。 ?S 面上方气层的定向动量减小。 动量定理知： 上方气体层受到了一个与定向运动动量反向的力，即阻力。 同理，?S 面下方空气层的定向动量增加。 该层气体受到了一个与定向运动动量同向的力，即拉力。 这一对力就是黏性力， 他们阻碍两层气体的相对滑移。 可见，黏性现象传输的是定向运动动量， 传输的方向是定向动量减小的方向。 在非平衡态下，当存在某种物理量的不均匀性时，由于分子热运动和分子碰撞，气体分子的动量、能量、质量等物理量沿一定方向传输，这就是气体的输运现象。 这几种输运现象遵循的基本规律是傅立叶定律 牛顿黏性定律 以及菲克定律 其中的输运系数?、?、D 对于系统由非平衡态趋向平衡态的速率有重要意义， 是表示气体热物理性质的基本物理量。 获取输运系数的主要方式： 1. 实验测定； 2. 从气体分子动理论的基本物理图象出发，对这几种输运现象作出恰当的微观解释，从理论上得到这些输运系数与气体分子热运动和相互作用力性质之间的关系，并与实验数据比较，得到输运系数与气体温度和压强的一般关系式。 对气体中的输运现象作