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文档简介

化学反应与扩散过程组员：金祥

为了研究化学反应中流与力之间的关系，本节我们将在局域平衡假设下研究同时存在化学反应和扩散过程时的熵流密度和熵产生率。局域平衡假设为了能继续采用经典热力学的一些变量和关系式，并将其延伸到非平衡态，为此，Brussel学派的Prigaogine等人提出了居于平衡的假设。设想把所讨论的系统划分为许多很小的子系（或称为体积元），每个子系在宏观上看是足够小，小到它的性质可以用该体积内的某一点（或某一点附近）的性质来“代表”，即子系中内部的性质是均匀的。考虑恒温、恒压的理想流体（理想气体或理想溶液），其中含有k个组元且同时存在r个化学反应。由于温度和温度不均匀引起的物质流动和热传导，但存在由于组元浓度在空间分布不均匀引起的扩散过程。我们假设整个系统虽然处在非平衡状态，但将系统分为若干小部分，各小部分处在局域平衡。

系统中某体积元内化学反应

（5.5.1）

的反应速率显然与体积元内分子A与分子 发生碰撞的频率成正比，因而与其中反应物A和的分子数密度和成正比，即

(5.5.2)

是比例系数。一般来说在非平衡系统中、和可以是时间和坐标的函数。同理,体积元内化学反应（5.5.3）的反应速率可表示为

（5.5.4）是比例系数。 两个反应同时发生时，体积元内的分子数密度的变化率为

（5.5.5）一般地当体积元中存在r个化学反应时组元i的分子数密度的变化率可表为

（5.5.8）式中是第个化学反应的反应速率，是在第个反应方程中组元i的系数。当组元i在反应方程中是生成物时为正，是反应物时为负。

对于反应－扩散过程，由式（5.1.4）知局域熵密度的变化率为

=

=（5.5.9）

引入反应的局域化学亲和势

（5.5.10）可将式（5.5.9）表为

（5.5.11）与式（5.1.6）比较，知熵流密度为

（5.5.12）

二.化学反应与扩散过程中流与力的关系

将上式与式比较，知反应扩散过程的流量J与动力X为

，

，

二.化学反应与扩散过程中流与力的关系

将上式与式比较，知反应扩散过程的流量J与动力X为

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