对气体内的输运过程的研究(DOC)

对气体内的运输过程的研究

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(XX学院XX系)

摘要：热力学讨论宏观物系的共性，非平衡态热力学研究开放系统相互干扰现象间的内在联系，它利用熵产概念，选择广义的热力学“流”和“力”，讨论各种不可逆过程中相互干扰现象间的关系，并阐明体系中“流”和“力”的函数及唯象系数的联系。本文从气体近平衡态的三个运输过程的宏观规律出发，通过建立无引力弹性刚球模型，用统计物理方法揭示运输规律的微观本质，并探究其线性不可逆过程和远离平衡态的非平衡过程的运动规律，阐明了气体内的运输过程，有助于读者对宏观过程不可逆性的本质及其作用的认识。

关键词：气体内运输过程；分子模型；微观本质；线性不可逆过程；非平衡过程Abstract：Discuss the macroscopic properties of thermodynamics Department of commonality nonequilibrium thermodynamics of open systems interfere with each other intrinsic link between the phenomenon, which uses the concept of entropy production, to choose generalized thermodynamics "flow" and "force" to discuss a variety of mutual interference phenomenon irreversible processthe relationship between, and clarify the system in the "flow" and "force" function and phenomenological coefficients contact. During transport from the gas near equilibrium three macro law, through the establishment of non-gravitational elastic rigid sphere model, reveal the microscopic transport laws essentially statistical physics methods, and explore its linear irreversible process and far from equilibrium non-the law of motion of the balancing process, clarify the gas transport process helps the reader's understanding of the nature of its role in the irreversibility of the macroscopic process.

Key Words：Gas during transport；Molecular model；Microscopic nature；Linear irreversible process；Non-equilibrium processes

1 绪论

经典热力学讨论了平衡态和可逆过程。本论文研究气体内运输过程的规律也是从近平

衡态着手，分析其三种运输过程的宏观规律。而非平衡态热力学任务是研究开放系统相互干扰现象中的内部联系，判断其稳定性。目的是力求增加新的理论来继承和延伸经典热力学结论和方法，使得可以描述包含不可逆过程的非平衡体系和关系它们的各种性质。其方法是根据热力学第二定律，利用熵产概念统一各种不可逆过程流与力的选择，以建立相互干扰现象之间的内在联系。通过建立无引力弹性刚球模型和引入微观量，并通过统计物理的方法来揭示气体内运输规律的微观本质。

热力学第二定律预言,孤立体系以及在离平衡不远的条件下,不可逆过程总是起耗散能量和破坏有序结构的消极作用. 但是体系处于开放和远离平衡的条件下, “非平衡可以是有序之源”。以比利时物理学家兼化学家Prigogine为首的布鲁塞尔学派长期坚持非平衡态和不可逆过程的热力学理论,认为非平衡和不可逆过程在建立有序方面能起到积极作用.。突变现象是一种失稳现象, 任何一种有序状态的出现都可以看作是某种无序的参考态失去稳定性的结果. 不稳定的涨落有能成为宏观有序结构的“种子”, “通过涨落达到有序”.。因此,远离平衡并且内部涉及非线性动力学的体系有可能失去稳定性并由此产生时空有序结构,这意味着非平衡的不可逆过程并不总象在平衡态附近那样起一种破坏有序的作用, 相反, 它们可以成为有序之源, 成为形成有序结构所不能缺少的因素。为了和平衡结构相区别, 尤其是为了强调非平衡和不可逆过程在建立有序方面起的积极作用,Prigogine 把那种在开放和远离平衡的条件下,在与外界环境交换物质和能量的过程中,通过能量耗散过程和内部的非线性动力学机制来形成和维持的宏观时空有序结构称为“耗散结构”。本论文，也以“耗散结构”为纽带，从线性不可逆过程热力学展开，深入探究非线性概念及远离平衡态的非平衡过程。

2气体近平衡态的三个运输过程的宏观规律

2．1 近平衡态非平衡过程

偏离平衡态不远的实际过程，因中间态不是平衡态而称为近平衡态的非平衡过程。

本论文讨论的粘滞现象、热传导现象和扩散现象即为近平衡态的非平衡过程。又因都有某一量的输运而称为近平衡态非平衡输运过程。

2．2 输运过程宏观规律

2.2.1 粘滞现象及实验定律

（1）粘滞现象

当流体各层流速不同时，在层与层之间产生相互作用力，使流速大一层减速，使流速小一层加速的现象。 （2）牛顿粘滞定律

Z du f ds dZ η⎛⎫= ⎪⎝⎭

η叫粘滞系数，单位为N ⋅S ⋅2m -。实验测得η随材料和温度变化，但与压强无关，气体η随T 升高而增大，η∝0.7T 。

从动量输运角度描述粘滞定律，由dK=fdt ：

Z du dK dsdt dZ η⎛⎫

=- ⎪⎝⎭

其中“—”号表示 u 增加的方向与动量迁移的方向相反。 2.2.2 热传导现象及实验定律

（1）热传导现象