气体中的输运过程.ppt

1、1 气体中的输运过程,一 迁移现象的宏观解释,1 粘滞现象,定义：相邻两层流体因流速不同有相对运动时，沿接触面互施切向力（粘滞力）的现象,负号表示流动动量沿Z的负方向传递，即表明流动动量总是朝着流速减小的方向传递,输运过程与相变,2 热传导现象,定义：,如果气体内各个地方的温度不均匀时，,热量就会由温度高的地方向温度低的地方传递。, 温度梯度,k 导热系数,（取决于气体的性质和状态）,负号表示热量沿着温度减小的方向传递，即dQ沿z的负方向传递。,3 扩散现象,定义：,在混合气体内部，当某种气体的密度不均,匀时，则这种气体分子将从密度大处移向密度小处。, 密度梯度,D 扩散系数,负号表示质量沿着

2、密度减小的方向传递,二 迁移现象的微观解释,决定迁移现象的基本因素, 分子热运动起“搅拌”作用，使气体由不均匀趋于均匀。, 分子间的碰撞影响“搅拌”的快慢，直接决定迁移现象的强弱。,总结：, 分子的定向动量迁移, 分子的平均能量迁移, 分子数目迁移,2透膜扩散现象,渗透,（1）生物膜的特性：对溶液的通透具有选择性，称为半透膜。,设想某生物膜仅对水分子通透，将其放入装有某U型管中，一边为水，一边为某溶液。观察现象，见图：,（2）原因：水分子透膜扩散,（3）渗透压液面高度差产生的压强差,范托夫定律：= Cmol RT,溶液的mol 浓度,溶质mol 数,体积,（对稀溶液成立）,1升水溶解20克的糖

3、，可产生14米水柱高的渗透压。,腹泻与脱水：,土壤的呼吸：,液体的表面性质,分子的平均间距,水：3.110-8cm,气体：3.3410-7cm,一 液体表面张力,1 表面张力现象,自由表面, 液体与气体的分界面,液体自由表面有收缩趋势, 实验说明液体表面如同一张紧张的弹性膜。, 液体表面有收缩趋势，达到平衡时，表面积最小。,2 表面张力的产生,d =10-8cm, 分子的有效直径,R0=10-7cm, 分子的有效作用半径,（两个分子,开始发生作用的最大距离）,当 r10-7cm时,f = 0,当10-8 r10-7cm时,f 表现为吸引力,当r 10-8cm时,f 表现为排斥力力,3 表面张力

4、,设 MN = L, 表面张力系数,定义,在数值上等于单位长度上两侧液面相互作用的表面张力,单位：,与液体性质有关,易汽化的液体，如液,氢、液氦等密度小易蒸发的液体较小；不易汽化的液体，如熔化的金属很大。, 与T有关,近似线性关系,到临,温度T时，汽液共存, 掺杂质会影响表面张力系数,能使表面张力系数减小的物体,表面活性剂,纯水=7310-3N/m,肥皂水=2510-3N/m,还比如：醇、醛、铜等有机物质,定义,式中S=2Lx,为液膜表面的增量,外界需做功补充,释放能量,定义：,在数值上等于增加液体单位表面面积时，,外力所作的功；或者增加液体单位表面面积时所增加的表面能。,单位也可用,J/m2

5、,例1 有直径为0.3、0.4、0.5cm小液滴，合成为0.6cm的大液滴，问表面能变化如何？,解：,三个液滴的表面能,大液滴,由一个个小液滴合成一个大液滴会释放能量，使液滴温度升高。,如果将一个大液滴变成一个个小液滴，小液滴吸收能量，温度降低，需要补充能量。,二 弯曲液面的附加压强,1弯曲液面内外压强差的产生,平液面,p-p0=0, 凸液面,附加压强 ps =0,pS0,即 pS规定为正, 凹液面,p=p0-pS,pp0,pS 0,则 pS 规定为负,弯曲液面下液体,的压强与平坦液,2 球形液面的附加压强,面下液体的压强不同,弯曲液面附加压强PS定义,如设液面的大气压强为p0,则球形凸液面内

6、液体的压强为,球形凹液面内液体的压强为,例 2试分别计算水银滴的附加压强和液面下一气泡中的空气压强。, 有一直径为4mm的水银滴，水银的表面张力系数为46510-3计算水银滴的附加压强；, 在靠近水面下恰有一个空气泡，半径为R为510-6m，水的表面张力系数=7310-3N/m，计算空气内的压强。,解：, 设气泡内的空气压强为P，大气压强为P0,这时气泡的水表面是凹面,三 球形液泡的内外压强差,膜很薄，内外表面的半径可看作相等, 球形液泡内外压强差公式,四 拉普拉斯方程,在任意弯曲液面上取一点O，通过这一点作两个互相垂直的正截口。R1、R2是两个相互垂直的正截口的曲率半径。,对球形液面,对柱形

7、液面,五 润湿现象和毛细现象,1 润湿现象 接触角,接触角 在液固接触处，液体表面的切线和固体表面的切线所夹液体的角。,对于能润湿固体的液体，接触角是锐角,/2,= 0,称为完全润湿,对于不能润湿固体的液体，接触角是钝角,/2,=,称为完全不润湿,=/2,液面是水平的,2 润湿与不润湿现象的解释,附着层, 液体与固体的交界面,（厚度等于,分子引力有效作用距离的一薄层液体）,A为附着层中的分子,固体分子对A分子的作用力, 附着力,液体分子对A分子的作用力, 内聚力,结论：附着力内聚力,就发生润湿现象,附着力内聚力,则发生不润湿现象,3 润湿与不润湿现象的应用,拿钢笔蘸墨水写字,用焊药将金属表面的

8、氧化层洗干净,不润湿的材料做成不透水的雨衣和帐篷,润湿与不润湿现象在采矿工业上有一个重要应用 浮选法,A 送进矿浆的管子,B 滴下“捕收剂”油药的容器,C 用螺旋桨打入空气的装置,D 有用矿石和无用矿石分开的地方,E 含有金矿的泡沫,4 毛细现象,液体润湿管壁的情形,B点与A点的高度差为h,r为毛细管的半径,为接触角,六 气体的栓塞现象,1 如图所示的U形管，两臂的内径分别为1mm和3mm。若水和壁是完全润湿的，求两壁的水面高度差。（常温下水的=7310-3N/m）,2向半径为0.30mm 的毛细管中注水，一部分水在管下端形成水滴，其形状可认为是R=3mm的球体的一部分,求管中水柱的最大高度h.,解：,=6.010-3N,1 一矩形框被可移动横杆分成两部分，横杆平行于上、下边，长度为0.1m，被分成的两部分分别蒙以表面张力系数为4010-3N/m和70 10-3N/m液膜，求横杆所受的力。,2 等温地吹出一个直径为50 10-2m肥皂泡