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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 原子、分子&光学 » 请用分子运动论解释气体流动过程
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
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10楼: Originally posted by 我是蚯蚓 at 2014-10-23 12:32:32
您的回答要我的思路清新的很多，首先扩散速度慢，并且只发生在边界附近，对于气体流动起的作用微乎其微。第二使气体流速改变的原因是压力波的存在，那么压力波是什么，压力波是怎么使压力势能转换为动能的，您能能 ...

宏观上压缩空气弹性势能，微观上没有势能问题，热能就是所有分子的平动动能，并且碰撞都是弹性的，所有动能没有损耗。不存在势能转换为动能的问题。本来应该被容器壁反弹的那些分子失去容器壁限制，自由向低压侧冲锋，低压侧分子略加阻挡后挡不住，就纷纷叛变加入义军，转身向后冲锋，府兵一溃千里。
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11楼2014-10-23 14:59:09
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我是蚯蚓

银虫 (初入文坛)
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11楼: Originally posted by uvwxmc at 2014-10-23 14:59:09
宏观上压缩空气弹性势能，微观上没有势能问题，热能就是所有分子的平动动能，并且碰撞都是弹性的，所有动能没有损耗。不存在势能转换为动能的问题。本来应该被容器壁反弹的那些分子失去容器壁限制，自由向低压侧冲 ...

那么压力波怎么用微观解释

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嘿嘿
12楼2014-10-23 15:05:38
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
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12楼: Originally posted by 我是蚯蚓 at 2014-10-23 15:05:38
那么压力波怎么用微观解释
...

紧贴界面的分子是获得了自由空间可以冲出去，但是稍靠内侧的分子处于‘气体内部’，本来应该处于压力平衡状态，不会向任何方向冲的。但是第一排的人跑了，第二排的人就成了第一排了，本来有第一排的人提供碰撞反弹机会的，但是他们跑了，第二排的一部分人就扑空了，扑空还等啥，没人拦你就冲呗，所以第二排的人也冲出去了。相邻两排人之间有个小延时，也就是等于负压波向内传播；而冲出去的人也不是能一直保持第一排第二排第三排的原有排序，记得分子速度是个宽阔的分布吧，个别分子而言，绝对速度有快有慢，方向更是朝向各方，所以按照频繁碰撞和分子混沌性假设，只能在每个瞬间谈论第一排第二排，前面的器壁附近分子的向低压侧冲锋运动的分析在每个瞬间成立，宏观上对应正压波向前传播的过程。如果不是管而是异形扩张通道，就更需要用‘波前’的概念了。
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13楼2014-10-23 15:36:00
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我是蚯蚓

银虫 (初入文坛)
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13楼: Originally posted by uvwxmc at 2014-10-23 15:36:00
紧贴界面的分子是获得了自由空间可以冲出去，但是稍靠内侧的分子处于‘气体内部’，本来应该处于压力平衡状态，不会向任何方向冲的。但是第一排的人跑了，第二排的人就成了第一排了，本来有第一排的人提供碰撞反弹 ...

您的回答十分生动形象，中国国产的教科书基本上就是确定几个前提条件然后就是堆积各种公式了，抽象难懂，一眼望不到公式背后所表达的事物本质，没有多少人思考公式的推导是一种纯粹的数学技巧还是物理意义的数学表达体现，我想先人推导公式时大部分是搞逻辑能力用物理意义推导出结论的吧，但也不排除使用数学技巧凑出的结论的，但是国外翻译过来的教材有些就做的很好，会用生活中的例子演示物理事件的过程显得通俗易懂，而中国的教材感觉高深莫测，高大上。我认为教材就应该向咱们讨论问题一样，用常见的物体类比不不常见的物体或不可见的物体，如用一群盲人运动类比一群分子运动，这样会使学生理解问题。我感觉您很有这种类比的思想，如果有机会希望您能出一本教材用大量的合理的类比去解决物理中的问题，使中国的教育进步一些。

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嘿嘿
14楼2014-10-24 00:53:58
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我是蚯蚓

银虫 (初入文坛)
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13楼: Originally posted by uvwxmc at 2014-10-23 15:36:00
紧贴界面的分子是获得了自由空间可以冲出去，但是稍靠内侧的分子处于‘气体内部’，本来应该处于压力平衡状态，不会向任何方向冲的。但是第一排的人跑了，第二排的人就成了第一排了，本来有第一排的人提供碰撞反弹 ...

首先还是谢谢您的耐心回答，速度分布表示在某一速度的概率大小，很快的极少很慢的也极少，在温度为300k压力0.1MPa下有百分之九十九的氧气分子的速度在350m/s~360m/s,则氧气的平均动能就是就是这时的1/2*m*(355*355)，可以这样理解吗？如果可以的话那么我想定量分析气体流动问题，假定1.高压区为10MPa,低压区为1MPa,那么在任何瞬间高压区撞击隔板的分子数是低压区的十倍。2.在任何时刻高压区有一百万个分子撞击隔板，低压区有十万个分子撞击隔板，3.温度相同，高压和低压气体中各有百分之九十的气体分子的速度在350m/s~360m/s之间。那么在隔板消失的一瞬间，有一百万个高压侧分子形成“第一排”从不同方向准备进入低压区，低压区有十万分子形成”第一排“从不同方向准备进入高压区的，但是有百分之五十的”第一排“低压区分子会和”第一排“高压区分子碰撞，碰撞后有一百万分子(95万原高压分子+5万原低压分子)进去低压区，高压区也进入了十万分子(5万原高压分子+5万原低压分子)，由于高压区体积无限大，所以压力恒定，十万分子瞬间同化。撞击过程可以认为是高压区气体分子与低压区气体分子交换动量并使速度方向与原来的速度反向的过程吗？因为此时分子的速度方向在(0°~180°)之间，此时的气体的宏观速度怎么计算？而后这一百万个气体分子继续前进，由于速度和角度以及是否撞击的不同，原先的”第一排“已经变为n排，若分子速度有百分之九十九的分布在350~360之间，那么这若干排分子每排的分子数应该大体相当，因为每个速度方向出现的概率相同，不同速度方向的分子的行程不一样，不考虑管壁影响，若分为90排，除90°那排分子数为100/180万以外，剩下的1°和180°为一排，2°和179°为一排，………，每排有(100/180)*2万个分子，然后，再想想，待续

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嘿嘿
15楼2014-10-24 12:50:04
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uvwxmc

金虫 (正式写手)
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15楼: Originally posted by 我是蚯蚓 at 2014-10-24 12:50:04
首先还是谢谢您的耐心回答，速度分布表示在某一速度的概率大小，很快的极少很慢的也极少，在温度为300k压力0.1MPa下有百分之九十九的氧气分子的速度在350m/s~360m/s,则氧气的平均动能就是就是这时的1/2*m*(355*355 ...

你走火入魔了。这种解释只能定性，定量是极为不方便的，定量计算必须回到流体力学。除非你谈论的是微米以下尺度的空间，那样的话管壁就得考虑了。你没考虑吸附，粘滞，绝热膨胀将导致温度变化；不平衡态不能用平衡态概念。即使高压侧体积无限大，也不是说压强就保持不变了，压力波传播速度有限。从微观角度计算宏观量，你的数学技巧还差得远，你有自己推导过麦克斯韦分布么？！这基本是上是19世纪一流物理学家考虑的问题。总之，你赶紧打住。
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16楼2014-10-24 14:17:19
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一只小蚂蚱

铁虫 (小有名气)
大家谁有分子动力学这本书呀？？？

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17楼2017-04-23 18:39:06
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