《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第五章 气体动理论 5-8 气体的输运现象

*§5-8气体的输运现象 我们在前面所讨论的都是气体在平衡状态下的 性质.实际上，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。 处于非平衡态系统，由于气体分子不断地相互 碰撞和相互掺和，分子之间将经常交换质量、动量 和能量，分子速度的大小和方向也不断地改变，最 后气体内各部分的物理性质将趋向均匀，气体状态 趋于平衡.这种现象叫气体的输运现象。 介绍三种输运现象的基本规律： 黏滞现象 热传导现象 扩散现象 让意了意适回退块

上页 下页 返回 退出 处于非平衡态系统, 由于气体分子不断地相互 碰撞和相互掺和，分子之间将经常交换质量、动量 和能量，分子速度的大小和方向也不断地改变，最 后气体内各部分的物理性质将趋向均匀，气体状态 趋于平衡. 这种现象叫气体的输运现象。 我们在前面所讨论的都是气体在平衡状态下的 性质.实际上,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。 介绍三种输运现象的基本规律： 黏滞现象 热传导现象 扩散现象 *§5-8 气体的输运现象

黏滞现象 流动中的气体，如果各气层的流速不相等，那么 相邻的两个气层之间的接触面上，形成一对阻碍两气 层相对运动的等值而反向的摩擦力，这种摩擦力叫黏 性力。气体的这种性质，叫黏性。 例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。这 是因为：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。 让美下元返回：退欢

上页 下页 返回 退出 流动中的气体 ,如果各气层的流速不相等,那么 相邻的两个气层之间的接触面上,形成一对阻碍两气 层相对运动的等值而反向的摩擦力,这种摩擦力叫黏 性力。气体的这种性质,叫黏性。 例 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。这 是因为: 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。  B A 一、 黏滞现象

黏性力所遵从的实验 定律，可用左图来说明。 如图，在两个无限大平 u=uy) 行平板A、B之间的气体流 △SFB 速不均匀，沿y变化（或有 梯度)，流速梯度 du 测不同流层之间有黏性力。 dy 实验证明：不同流层之间(CD面处)黏滞力与 流速梯度成正比，与CD面积成正比， du F=±门 △S dy 比例系数称为动力黏度（或黏度)，士表示黏性 力成对出现，满足牛顿第三定律

上页 下页 返回 退出 实验证明：不同流层之间（CD面处）黏滞力与 流速梯度成正比，与CD面积成正比， d d u F S y =    黏性力所遵从的实验 定律,可用左图来说明。 y u d d 则不同流层之间有黏性力。 x y u = u (y) F F A B C D S 如图,在两个无限大平 行平板A、B之间的气体流 速不均匀，沿y 变化（或有 梯度）,流速梯度 , 比例系数称为动力黏度（或黏度），±表示黏性 力成对出现，满足牛顿第三定律

测定7实验 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，从而知道黏性力大小， 流速梯度及面积可测定，故黏度 可测。 测定实验 让美子觉返同速

上页 下页 返回 退出 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，从而知道黏性力大小， 流速梯度及面积可测定，故黏度 可测。 C M B A 测定实验 测定  实验

气体动理论的观点（微观上）认为，这种黏性力 是动量传递的结果。 气体既做整体运动，又做分子热运动。 22 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。 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。 定向动量在垂直于流速的方向上向流速较小的气层 的净输运，这就是气体黏性的起源。 让意不家通可退欢

上页 下页 返回 退出 气体动理论的观点（微观上）认为，这种黏性力 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 的净输运，这就是气体黏性的起源。 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。 1 u 2 u y P F F

二、热传导现象 如果气体内各部分的温度不同，从温度较高 处向温度较低处，将有热量的传递，这一现象就 叫热传导现象。 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 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 如果气体内各部分的温度不同，从温度较高 处向温度较低处，将有热量的传递，这一现象就 叫热传导现象。 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 T1  T2 T1 T2 S x x 二、热传导现象

dT -k △S △t dx 负号“”表示热从温度高处向温度低处传递，飞 为导热率。 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 运动能量的净输运

上页 下页 返回 退出 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 运动能量的净输运。 负号“-”表示热从温度高处向温度低处传递，k 为导热率。 d d Q T k S t x  = −  

三、扩散现象 如果容器中各部分的气体种类不同，或同一种 气体在容器中各部分密度不同，经过一段时间后， 容器中各部分气体的成分以及气体的密度都将趋向 均匀一致，这种现象叫做扩散现象。 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 △m =-Ddp △S △t x 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。 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 如果容器中各部分的气体种类不同，或同一种 气体在容器中各部分密度不同，经过一段时间后， 容器中各部分气体的成分以及气体的密度都将趋向 均匀一致，这种现象叫做扩散现象。 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。 d d m D S t x   = −   三、 扩散现象

扩散现象是分子无规侧热运动的结果。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，造成质量的净输运。 在气体动理论中 黏度 7= 热导率 k= pv 3 M mol 扩散系数 D- 3 化意不意适可退欢

上页 下页 返回 退出 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，造成质量的净输运。 在气体动理论中 1 3 黏度    = v 1 3 扩散系数 D v =  m mol 1 3 CV k v M 热导率 =  

8RT kT 因= 元Mmol V √2πd2p D与T32成正比，与p成反比 n,Kcpi,pcn.元c n 故n,k与p无关。 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，η，k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。 让美下觉返司速此

上页 下页 返回 退出 1 , , , , n n         2 2π kT d p  = 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，，k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。 mol 8 π RT v M 因 = D与T3/2成正比，与p成反比 故，k与p无关