常树人热学5章上

热力物理学 南京理工大学 由能量按自由度均分定理看经典物理的困难 只能将原子看成质点有时候只能计入平动自由度 有时候又需计入转动自由度 有时候还需计入振动自由度 似乎低温下转动 振动自由度 冻结 常温下转动自由度 解冻 高温下振动自由度 解冻 但是Cv又不随温度阶跃变化 而是缓慢变化 黑体辐射问题 量子力学能够对气体及固体的热容满意解释 能级电子能级间距 10eV分子振动能级间距 0 1eV分子转动能级间距 10 3 10 4eV分子平动能级间距很小 可以当做连续变化处理 气体的输运过程 输运过程的宏观规律概述牛顿粘滞定律傅里叶热传导定律菲克扩散定律输运过程的微观解释超稀薄气体的热传导及粘滞现象 输运现象 粘滞现象 动量的传递传热现象 热量的传递扩散现象 质量的传递三者的共性 必发生于非平衡态必与某些物理量的空间梯度有关一定的驰豫时间后达到新平衡态 u1 u2 传递的机制 对流传递 由流体的宏观运动引起 扩散传递 分子传递 由分子的随机热运动引起 涡流传递 由微团的脉动引起 湍流 传递 输运过程的宏观规律概述牛顿粘滞定律傅里叶热传导定律菲克扩散定律输运过程的微观解释超稀薄气体的热传导及粘滞现象 层流与湍流 牛顿黏滞定律 速度梯度 实验表明 通过s截面 沿z轴输运的动量为 设沿z轴正方向动量增加为正 动量通量 热传递 三种传热 Heattransfer 方式 热传导 Heatconduction 单纯依靠微观粒子的热运动对流 不仅取决于温差 而且与质量迁移有关热辐射 本质是电磁波辐射温度的分布 一般会随时间变化 特殊状态下 温度分布可达到稳定状态 等温面 温度梯度 温度的方向导数温度梯度 沿等温面法线方向的温度方向导数稳态情况下 温度仅仅是空间的函数 设法线方向为z 傅里叶热传导定律 实验表明 定义热通量 温度场的建立 需要依赖于 数学物理方法 对流 宏观对流微观的对流 湍流 辐射 热射线的波长为0 1 1000微米热辐射无须介质 可在真空中传播热辐射出的能量一部分由内能转化而来 又会在传播过程中被其他物体吸收转化为内能 黑体辐射 黑体 不是 黑色的物体 而是在任何温度下 对任何波长的入射辐射都完全吸收的物体 它本身也在向外辐射 黑体辐射的研究奠定了量子力学的基石 1895 1900 普朗克对宇宙射线的讨论 菲克扩散定律 扩散不仅能在气相 也可以在固相和液相中发生 本节只考虑气体中的扩散 设两种气体 分子数密度各为n1 n2 不考虑压强不均引起的压强扩散及温度不均引起的温度扩散 则考虑温度和压强处处相等 所以 分子数密度梯度如果两种气体分子质量不同 则会产生宏观的净质量流 记其速度为 扩散通量 分子数扩散通量 某一组元在单位时间内垂直通过一截面上单位面积的分子数目 质量扩散通量 分子数扩散通量乘以相应的分子质量 截面的选取 有两种选取截面的方法固定截面随宏观质量迁移速度 一起移动的截面两者在 为0时等价自扩散与互扩散 菲克扩散定律 对于自扩散对于互扩散 菲克扩散定律的质量梯度形式 粒子数密度随空间位置及时间的变化 可以用 扩散方程 描述 在 数学物理方法 中会学到 三种输运现象的共同宏观特征 都是由气体中的某一性质的