最简单的非平衡态问题不受外界干扰时.ppt

最简单的非平衡态问题：不受外界干扰时，系统自发地从非平衡态向物理性质均匀的平衡态过渡过程 - 迁移现象。,系统各部分的物理性质，如流速、温度或密度不均匀时，系统处于非平衡态。,非平衡态问题是至今没有完全解决的问题， 理论只能处理一部分，另一部分问题还在研究中。,介绍三种迁移现象的基本规律：,粘滞现象,热传导现象,扩散现象,6-9 气体内的迁移现象,现象：A 盘自由，B 盘由电机 带动而转动，慢慢 A 盘 也跟着转动起来。,解释：B 盘转动因摩擦作用力带 动周围的空气层，这层又 带动邻近层，直到带动A 盘。,这种相邻的流体之间因速度不同，引起的 相互作用力称为内摩擦力，或粘滞力。,1. 粘滞现象,实验证明：不同流层之间（EF 面处）粘滞力与 流速梯度成正比，与 EF 面积成正比，,粘滞现象,即：,流速不均匀，沿 y 变化（或有梯度）,流速梯度,不同流层之间有粘滞力。,A,B 为两筒，C 为悬丝，M 为镜面；A 保持恒定转速，B 会跟着转一定角度，大小可通过 M 来测定，从而知道粘性力大小，流速梯度及面积可测定，故粘度可测。,粘滞现象,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。,气体既做整体运动,又做分子热运动。,同一时间，平均来看，有等量的气体分子从上、下两个方向穿过 P 面，这些分子既带有热运动的能量和动量，还带有定向运动动量。,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。,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。,粘滞现象,2. 热传导现象,温度不均匀就有热传导。,设沿 x 方向温度梯度最大，实验指出，单位时间内，通过 垂直于x 轴的某指定面传递的热量与该处的温度梯度成正比，与该面的面积成正比，即：,负号“-”表示热从温度高处向温度低处传递， 为导热系数。,气体动理论认为： a.温度较高的热层分子平均动能大， 温度较低的冷层分子平均动能小； b.由于两层分子碰撞和掺和，从热层 到冷层出现热运动能量的净迁移。,热传导现象,3. 扩散现象,密度不均匀就有扩散。,设沿 x 方向有密度梯度，实验指出，单位时间内通过垂直于x 轴的某面传递的质量与该出的密度梯度成正比，与该面面积成正比，即：,负号“-”表示质量从密度高处向密度低处传递，与密度梯度方向相反，D 为扩散系数。,扩散现象是分子无规则热运动的 结果。分子从密度高处向密度低处运 动，也可反方向运动，由于高密度处 分子多，从密度高处向密度低处运动 的分子多，造成质量的净迁移。,扩散现象,在气体动理论中,扩散现象,粘度,扩散系数,热导率,在压强不太低（133Pa）时，上述结论已为实验证实。在低压强，受平均自由程影响， 随压强减小而减小，如杜瓦瓶，把两层间抽成真空，减小导热系数，从而保温。,扩散现象,4. 气体内迁移现象的统一处理,以 A(y) 表示气体分子的平均特性，如平均平动动能等,它在 y 方向存在梯度 y=y0 的一个面积的净迁移。,单位时间内通过面沿y轴的 A 的净数量:,在图示柱体内的分子中，能通过 面的分子数为 ,这些分子距 面的平均距离为 处发生最后一次碰撞而过 面,负号“-”表示沿 y 轴负方向迁移,与梯度相反，n为柱体中的总分子数。,每个分子带过来 A