热学-3-2(基础物理课堂讲稿下第七讲)课件

§3.3气体中输运现象的微观解释

第七讲■输运过程中的流输运过程：在孤立系统中，非平衡态平衡态的过程自发地目的：推导黏性系数η、传导率κ、扩散系数D的表示式黏性现象：流速不均匀→动量传递→动量流热传导现象：温度不均匀→热量传递→热量流扩散现象：密度不均匀→质量传递→质量流概括：宏覌物理量不均匀(梯度)→相应物理量Qp传递→相应流J分子热运动和碰撞实现流J与梯度成正比一般性分析：Δt内穿过ΔS的分子数:因热运动→六个方向均等每个分子携带物理量q,单位时间内A向B传递物理量为：等物理量面物理量Qp(z)梯度方向n大n小■黏性、热传导及扩散现象的微观解释一般：黏性现象：每个分子携带动量q=mu→动量流Jp=黏性力fv∴流体黏性系数：密度扩散现象：每个分子携带的物理量是分子质量q=m→质量流J∴扩散系数：气体中输运现象的本质：

当某宏观物理量在空间分布不均匀时，气体分子的热运动引起相邻部分间交换分子时交换了相应的物理量，从而形成相应的流。黏性系数η、传导率κ、扩散系数D与宏观量的关系已知：气体满足条件：黏性系数η、传导率κ、扩散系数D三者之间的关系易证(自证)：可见，三者中只有两个是独立的。对于容器内极稀薄气体，应取(容器的线度)易证(自证)：实验表明：上述分子动理论属近似正确。§3.4布朗运动及其引起的扩散▲布朗运动的理论描述(爱因斯坦工作,1908)1827布朗运动布朗运动的本质：大量液体分子无規则地撞击布朗粒子，使其作无規则运动。力学分析：不妨设布朗粒子受一种无规策动力F(t)作用，另外还受到黏性液体的黏性阻力作用，其黏性阻力为：布朗粒子的运动方程：(朗之万方程)解：考虑x方向分量,方程为:a和v分别为布朗粒子半径和速度(斯托克斯定律)一般粒子参数：a和ρ分别为布朗粒子半径和密度所以有：式中：不妨假设x从原点算起即有：C2=0这是爱因斯坦的理论结果。称D为爱因斯坦扩散系数。佩兰(法)用实验证实了此结果和其它三实验,于1926年获诺贝尔物理学奖。糖酵解过程：一分子葡萄糖经十个反应步骤产生两个ATPATP(三磷酸腺苷)水解释放能量:ATP的三磷酸尾部不稳定，未端的磷酸基团可被水解，ATP失掉一个磷酸基团成为二磷酸腺苷(ADP)及无机磷酸根(Pi)，同时放出能量。在标准状态下，1克分子ATP水解可释放出30.54kJ/mol的能量。其化学反应式如下：ATP(三磷酸腺苷)水解释放能量之原因:

由它的结构特点决定的。P带有负电荷，三个P所携带的负电荷集中于一处，相同电荷之间的排斥，使ATP处于不稳定状态，趋向于放出能量变成稳定状态。在酶的作用下ATP将P给予其它分子，被磷酸化的分子产生变化而做功。例如：★将P转到细胞膜的运输蛋白上,可驱动其主动运输；★将P转到运动分子上，可驱动其机械运动；★将P转到反应物上，可驱动化学合成；例如：细胞内谷氨酸转变为谷氨酸胺的吸能反应如下：谷氨酸+ATP水解→谷氨酸-P+ADP其能量可供细胞其它过程使用，或以热的形式释放，有机体可用来维持体温。谷氨酸-P是不稳定的，易于与NH3化合生成谷氨酷胺及无机磷酸根Pi，从而放出能量。谷氨酸-P+NH3→谷氨酷胺+Pi+16.32kJ/mol作业：3.12,3.14,3.16,3.18参考书：