关于气体内的迁移现象

“气体内的迁移现象”专题报告

一般我们所讨论的都是平衡态的系统，实际上系统常常处于非平衡状态，也就是说，系统各部分的宏观物理性质如温度、密度或流速不均匀。在不受外界干预时，系统总要从非平衡状态自发地向平衡态过渡，这种过度称为迁移现象。下面我将讨论三种迁移现象：粘滞现象、热传导现象和扩散现象。

一、粘滞现象

气体在流动过程中，由于各部分的流速不同，而产生的内摩擦力，叫粘滞力，这种现象就成为粘滞现象。人们把流体地内摩擦也称作粘滞性。

流动气体的粘滞性来源于分子走向运动动量的输运.

物理学上用粘滞系数h（单位为泊）来表示流体粘滞性的大小，又称“内摩擦系数”。不同流体的粘滞系数的差异很大，气体的粘滞系数随温度升高而增大。粘滞系数是当相邻两流层产生相对运动时所显示出来的内部摩擦。根据牛顿定律,欲维持一层流体对另一层流体作相对运动所需的力,与速度梯度及接触面的大小成正比,即τ=μAdu/dn。式中τ=维持流体流动所需的力，A=接触面。

二、热传导现象

热传导是物体各部分无相对位移，仅依靠物质分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而使热量从高温部分向低温部分传递的现象。热传导是介质内无宏观运动时的传热现象，其在固体、液体和气体中均可发生。

热传导在流动情况下往往与对流同时发生。热传导实质是由大量物质的分子热运动互相撞击，而使能量从物体的高温部分传至低温部分，或由高温物体传给低温物体的过程。

依靠物质的分子、原子或电子的运动（包括移动和振动），使热量从物体的高温部位向低温部位传递的过程，是热量传递的三种基本方式之一。一切物体，不论其内部有无质点间的相对运动，只要存在温度差，就有热传导。

当物体内的温度分布只依赖于一个空间坐标，而且温度分布不随时间而变时，热量只沿温度降低的一个方向传递，这称为一维定态热传导。在最一般的热传导中，温度随时间和三个空间坐标而变化，且伴有热量产生（如反应热）。这时的热传导称为三维非定态热传导。

三、扩散现象

扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象，速率与物质的浓度梯度成正比。扩散是由于分子热运动而产生的质量迁移现象，主要是由于密度差引起的。分子热运动目前认为在绝对零度以下不会发生。

气体分子热运动的速率很大，分子间极为频繁地互相碰撞，每个分子的运动轨迹都是无规则的杂乱折线。温度越高，分子运动就越激烈。在0℃时空气分子的平均速率约为400米/秒，但是，由于极为频繁的碰撞，分子速度的大小和方向时刻都在改变，气体分子沿一定方向迁移的速度就相当慢，所以气体扩散的速度比气体分子运动的速度要慢得多。在扩散过程中，气体分子从密度较大的区域移向密度较小的区域，经过一段时间的掺和，密度分布趋向均匀。在扩散过程中，迁移的分子不是单一方向的，只是密度大的区域向密度小的区城迁移的分子数，多于密度小的区域向密度大的区域迁移的