高二物理竞赛气体分子的平均自由程课件

1第4章气体内的输运过程4.1气体分子的平均自由程4.2输运过程的宏观规律14.3输运过程的微观过程2输运过程（transportprocess）非平衡态下气体各部分性质不均匀。热运动+碰撞、p、m的迁移气体系统由非平衡态向平衡态转变的过程，就称为输运过程。扩散过程、热传导过程和黏性性现象都是典型的输运过程。输运过程热传导：温度T不均均的迁移内摩擦(黏性)：定向运动动量p的迁移扩散：密度

不均匀

m的迁移分子定向速度u不均匀231、运用分子刚球模型介绍分子碰撞频率及平均自由程的概念。导出碰撞频率及平均自由程公式。2、介绍气体扩散、粘滞现象和热传导的宏观规律。3、以粘滞现象的微观解释为例，说明用微观观点解释和推导输运过程宏观规律的方法，导出粘滞系数；介绍扩散系数和热传导系数。要求：4碰撞在分子运动中是个最活跃的因素，它在气体动理论中占有重要地位：非平衡平衡碰撞输运过程：弛豫时间（需要时间）§

4.1气体分子的平均自由程热运动+碰撞动量、热量、质量的迁移（内迁移、输运过程）三个守恒量：动量、能量和粒子数（无化学反应情形）55一.分子的平均自由程和碰撞频率氮气分子在270C时的平均速率为476m.s-1.矛盾气体分子热运动平均速率高，但气体扩散过程进行得相当慢。气体分子平均速率克劳修斯指出：气体分子的速度虽然很大，但前进中要与其他分子作频繁的碰撞，每碰一次，分子运动方向就发生改变，所走的路程非常曲折。6在相同的t时间内，分子由A到B的位移大小比它的路程小得多扩散速率(位移量/时间)平均速率(路程/时间)平均次数。平均碰撞频率(meancollisionfrequency)单位时间内一个气体分子与其它分子碰撞的平均自由程(meanfreepath)在相邻两次碰撞间飞行的平均路程—气体分子67平均碰撞频率与平均速率的关系

理想气体，在平衡态下，并假定：

（1）只有一种分子；

（2）分子可视作有效直径为d的刚球；（3）只有某一个分子A以平均相对速率运动，其余的分子静止。分子A走的是一条折线。一秒钟内它与多少个分子碰撞?—碰撞截面

（collisioncross-section）中心在扫过的柱体内的分子都能碰撞2ddnA78—碰撞截面

（collisioncross-section）中心在扫过的柱体内的分子都能碰撞2ddnA碰撞夹角有各种可能（0—180）89碰撞夹角有各种可能（0—180）注10一般其偏离值的平均值为零

但均方偏差不为零。

随机变量会偏离平均值，即均方偏差11例.数量级的概念：

氧气O2,标准状态下，以d

310-10m估计1112为何多原子分子在碰撞中能看成球形？说明：

在T=300K时：分子在碰撞中可视为球形H2O2CO2N20.04071.941.391.453.1910134.6210125.4510125.341012气体J(10-46kgm2)13平均自由程与压强、温度的关系

一个分子在相邻两次碰撞之间的平均路程称为平均自由程，记作。

因为P=nkT

所以也可以写成1314当温度一定时,压强越小,平均自由程越大。例.空气,t

=0oC,d

3.510-10m,在这种情况下,可以认为。若超过了容器的线度l,>>----真空。

在不同压强时对应的平均自由程：P(mmHg) 760