关于气体内的迁移现象
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低表面能物质向空气表面迁移的原因标题:低表面能物质迁移至空气表面的原因引言:低表面能物质是一类具有特殊性质的物质,其能够迅速向空气表面迁移。
这种现象在日常生活中经常出现,比如水珠在玻璃上的滑落、油墨在纸张上的扩散等。
那么,为什么低表面能物质会向空气表面迁移呢?本文将从分子角度解释这一现象,并探讨其原因。
一、分子间相互作用力低表面能物质的分子间具有较强的吸引力,这使得它们易于聚集在一起形成液体。
这种吸引力主要是由分子间的范德华力引起的。
而在液体表面,由于没有空气分子的阻挡,分子间的吸引力会使液体表面发生收缩,形成较小的表面积。
因此,低表面能物质在液体表面会呈现出高度的凹凸不平。
二、表面能表面能是指液体分子与界面接触的能量。
对于低表面能物质而言,其表面能相对较低,这意味着液体分子在与界面接触时所需要的能量较少。
这使得低表面能物质的分子更容易从液体内部迁移到液体表面。
三、热运动分子在液体中不断进行热运动,这使得分子具有一定的动能。
由于低表面能物质分子间的吸引力较强,分子在液体内部受到的阻力较大,热运动受到约束。
而在液体表面,由于没有液体分子的阻塞,分子的热运动更加自由。
这种热运动的自由度差异导致了低表面能物质分子更容易从液体内部迁移到液体表面。
四、扩散扩散是指物质从高浓度区域向低浓度区域的自发性传播过程。
对于低表面能物质而言,其分子在液体内部的浓度相对较高,而在液体表面的浓度相对较低。
根据扩散的原理,分子会自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散。
因此,低表面能物质的分子会自动向液体表面迁移。
五、气体交换低表面能物质的分子在液体表面上迁移后,会与空气中的分子发生相互作用。
由于分子间的碰撞和交换,液体分子中的一部分会逸出液体,进入空气中。
这种气体交换的过程使得低表面能物质分子不断向空气表面迁移。
结论:低表面能物质向空气表面迁移的原因主要是由于分子间的相互作用力、表面能、热运动、扩散和气体交换等因素共同作用。
这些因素使得低表面能物质分子更容易从液体内部迁移到液体表面,并最终进入空气中。
制冷剂的迁移现象:
1.油气迁移:这是最常见的一种冷剂迁移现象,可能导致润滑油和机油分离器中的油被冷剂带走,到达不应该存在的部位,例如蒸发器、冷凝器等。
这种情况通常是由于蒸发器温度不到位或负荷超过设计值导致的。
为了解决这个问题,需要提高蒸发器和冷凝器的温度、调节机组运行负荷、增加油分离器和过滤器的效用等措施。
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2.相变迁移:指冷凝器中的液体冷剂由于过热蒸发,变成气体冷剂,并通过压缩机的压缩作用重新变回液体冷剂,但原本的润滑油和机油分离器中的油却被带走了。
这种情况可能是由于过热度太高或压缩机的问题引起的。
可以通过检查制冷机的液体过热量和化油器或油分离器来防止这种现象发生。
3.液态制冷剂迁移:当压缩机停机时,液态制冷剂会在压缩机曲轴箱内积累。
只要压缩机内温度比蒸发器内的温度低,压缩机和蒸发器之间的压差将驱使制冷剂向更冷的地方迁移。
在寒冷的冬天,这种现象最容易发生。
此外,即使在系统停机后,由于曲轴箱内冷冻油对制冷剂的吸引,迁移现象也可能发生。
如果过量的液态制冷剂迁移进入压缩机的曲轴箱,可能会导致严重的液击现象,甚至导致压缩机损坏。
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4.液击:当液态制冷剂迁移进入曲轴箱,再开机时可能会发生液击现象。
在某些情况下,由于管道结构或部件位置的关系,液态制冷剂可能在停机期间积聚在吸气管或蒸发器内,并在开机时以纯液体
的形式高速进入压缩机,这可能导致液击现象。
考点名称:分子的热运动力铅块就会连在一块,下面再吊一个重物,两铅块也不分开考点名称:扩散现象1.定义:不同的物质相互接触时,彼此进入对方的现象叫扩散。
扩散现象的实质是分子(原子)的相互渗入。
2.扩散现象表明一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动,也说明物质的分子间存在间隙。
3.影响扩散的因素:温度越高,扩散越快(即分子无规则运动跟温度有关,温度越高分子无规则运动越剧烈)。
4. 扩散现象的认识和理解(1)扩散现象只能发生在不同的物质之间,同种物质之间不能发生扩散现象,(2)不同物质只有相互接触时,才能发牛扩散现象,没有相互接触的物质,是不会发生扩散现象的。
(3)扩散现象足两种物质的分于彼此进入对方,而不是单一的某种物质的分子进入另一种物质。
(4)气体、液体和同体之间都可以发生扩散现象,不同状态的物质之间也可以发生。
5. 扩散现象的物理意义将装有两种不同气体的两个容器连通,经过一段时间,两种气体就在这两个容器中混合均匀,这种现象叫做扩散。
用密度不同的同种气体实验,扩散也会发生,其结果是整个容器中气体密度处处相同。
在液体间和固体间也会发生扩散现象。
例如清水中滴入几滴红墨水,过一段时间,水就都染上红色;又如把两块不同的金属紧压在一起,经过较长时间后,每块金属的接触面内部都可发现另一种金属的成份。
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分子数。
6. 扩散现象的实质扩散现象是气体分子的内迁移现象。
从微观上分析是大量气体分子做无规则热运动时,分子之间发生相互碰撞的结果。
由于不同空间区域的分子密度分布不均匀,分子发生碰撞的情况也不同。
这种碰撞迫使密度大的区域的分子向密度小的区域转移,最后达到均匀的密度分布。
判断扩散现象的方法确认某种现象是否属于扩散现象时,关键是要看不同的物质彼此进入对方是自发形成的,还是在外力作用下形成的,是由于分子运动形成的,还是由于宏观的机械运动形成的。
第7章基本动力学过程-扩散物质的迁移可通过对流和扩散两种方式进行。
在气体和液体中物质的迁移一般是通过对流和扩散来实现的。
但在固体中不发生对流,扩散是唯一的物质迁移方式,其原子或分子由于热运动不断地从一个位置迁移到另一个位置。
扩散是固体材料中的一个重要现象,诸如金属铸件的凝固及均匀化退火,冷变形金属的回复和再结晶,陶瓷或粉末冶金的烧结,材料的固态相变,高温蠕变,以及各种表面处理等等,都与扩散密切相关。
要深入地了解和控制这些过程,就必须先掌握有关扩散的基本规律。
研究扩散一般有两种方法:①表象理论一根据所测量的参数描述物质传输的速率和数量等;②原子理论一扩散过程中原子是如何迁移的。
本章主要讨论固体材料中扩散的一般规律、扩散的影响因素和扩散机制等内容。
固体材料涉及金属、陶瓷和高分子化合物三类;金属中的原子结合是以金属键方式;陶瓷中的原子结合主要是以离子键结合方式为主;而高分子化合物中的原子结合方式是共价键或氢键结合,并形成长链结构,这就导致了三种类型固体中原子或分子扩散的方式不同,描述它们各自运动方式的特征也是本章的主要目的之一。
7.1表象理论7.1.1菲克第一定律当固体中存在着成分差异时,原子将从浓度高处向浓度低处扩散。
如何描述原子的迁移速率,阿道夫·菲克(Adolf Fick)对此进行了研究,并在1855年就得出:扩散中原子的通量与质量浓度梯度成正比,即该方程称为菲克第一定律或扩散第一定律。
式中,J为扩散通量,表示单位时间内通过垂直于扩散方向x的单位面积的扩散物质质量,其单位为kg/(m2s);D为扩散系数,其单位为m2/s;而r是扩散物质的质量浓度,其单位为kg/m3。
式中的负号表示物质的扩散方向与质量浓度梯度7.2扩散的热力学分析菲克第一定律描述了物质从高浓度向低浓度扩散的现象,扩散的结果导致浓度梯度的减小,使成份趋于均匀。
但实际上并非所有的扩散过程都是如此,物质也可能从低浓度区向高浓度区扩散,扩散的结果提高了浓度梯度。
6.热对流【主要概念】热总是从高温处传向低温处,热传递的方式有多种,液体和气体主要通过热对流的形式传递热量。
【涉及课标】6.3.3 热可以在物体内和物体间传递,通常热从温度高的物体传向温度低的物体说出生活中常见的热传递的现象,知道热通常从温度高的物体传向温度低的物体。
举例说明影响热传递的主要因素,举例它们在日常生活和生产中的应用。
【教材分析】本课着重探究的是液体和气体的热传递方式——对流。
液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程叫对流,即流体(气体或液体)通过自身各部分的宏观流动实现热量传递的过程。
对流产生的原因在于物质的热胀冷缩,流体受热后体积变大,质量不变,密度变小,在浮力作用下向上浮起,温度低的流体密度较大,向下流动。
教学内容包括四个部分:第一部分是复习导入,让学生用上节课热传导的原理来分析热在水中是如何传递的,引发学生思维冲突,聚焦对流现象。
第二部分是探究热在水中是怎样传递的。
把木屑放入水中加热,水升温后观察木屑在水中的运动方式,借助木屑的运动方向推测液体的流动方向,经过分析初步建立热对流的概念。
第三部分是探究热在空气中是怎样传递的,在空气中点燃一支香,用玻璃罩倒扣住,观察香冒出的烟是怎样流动的,进一步完善流体通过热对流传递热量。
第四部分是使学生运用所学的知识解释生活中的热对流现象和拓展活动,制作一个走马灯并尝试解释原理。
【学情分析】学生上一节课完成了热传导内容的学习,明白了热总是从高温处传向低温处,热量在物体内部或两个物体之间会以传导的形式传递。
由上节课的学习经验,学生会觉得液体和气体也会是通过传导的方式传递热量。
这是学习热对流这种热传递方式的一个障碍。
学生在以前学过固体和液体及气体的性质,知道液体和气体能够流动,是液体和气体区别于固体的重要特性,这为学生解释液体和气体在传递热的过程中可能发生流动奠定了基础。
学生在日常生活中可能注意到开锅后热气向上流动、打开冰箱门冷空气会向下流向脚面的现象,但他们往往没有认识到这是一种热传递的方式,而仅仅是热的物体和冷的物体运动了,不知道它们在运动的过程中传递了热量;同时,他们注意到的现象是一个局部,要么是上升、要么是下降,而没有注意到或者说无法观察到高温流体上升会伴随着低温流体下降,低温流体下降会伴随着高温流体上升。
什么是空泡效应的原理和应用1. 空泡效应的原理空泡效应是指在液体中存在微小的气泡,这些气泡能够对周围液体产生一定的影响,从而引发一系列的物理和化学变化。
下面将介绍空泡效应的原理。
1.1 气体溶解度的变化当液体中存在气泡时,气体会通过气液界面相互作用进入液体中。
在溶液中,气体分子与液体分子发生相互作用,从而改变了气体的溶解度。
气泡越小,气体溶解度越高,因为小的气泡表面积更大,与液体分子接触的机会也更多。
1.2 液体中的扰动效应气泡的存在会引起液体中的扰动效应,这种扰动效应会对周围的流体产生影响。
当气泡在液体中形成和崩裂时,会产生水流和压力波,从而在液体中形成一系列的涡流和湍流。
这些湍流会加速物质的混合和反应速率。
1.3 气泡的迁移和聚合气泡在液体中会受到各种力的影响,如浮力、表面张力、湍流等。
这些力会使气泡发生迁移和聚合现象。
当气泡迁移到高速流动区域时,会受到主流的冲击而迅速破裂。
而当气泡发生聚合时,会形成更大的气泡,并进一步影响周围流动的特性。
2. 空泡效应的应用空泡效应的原理和特性使其具有广泛的应用价值,以下列举了一些常见的应用领域。
2.1 超声波清洗技术超声波清洗技术是利用空泡效应将液体中的污垢和杂质清洗掉的一种方法。
通过超声波的作用,液体中产生大量微小气泡,并伴随着气泡的形成和崩裂过程,物理和化学的反应使污垢和杂质从固体表面迅速脱离。
这种清洗方法能够达到更高的清洁效果,并且不会对被清洗物体造成损伤。
2.2 医学领域的超声造影技术超声造影技术是利用空泡效应将气体注入到人体组织中,通过超声波的反射和回声形成影像的一种方法。
通过注入含有气体的微小气泡的药物,可以增强超声波对组织的反射,从而获得更清晰的影像。
超声造影技术在医学领域中被广泛应用于心血管、肝脏和乳腺等疾病的诊断。
2.3 气泡反应器的应用气泡反应器是一种利用空泡效应进行反应的装置,广泛用于化工和生化工艺中。
气泡反应器通过将气体注入到液体中,形成大量的气泡,并通过气泡的形成和崩裂过程来实现反应。
根底物理学教程上册 《根底物理学教程(上册)》上下册共五篇,分为十三章。以下是由关于根底物理学教程上册的内容,希望大家喜欢! 第三篇 热物理学 第7章 热力学根底 7.1 热力学系统理想气体状态方程 一、热力学系统 二、气体的状态参量 三、平衡态 四、理想气体状态方程 7.2 热力学第一定律 一、准静态过程 二、功 三、热量 四、内能 五、热力学第一定律 7.3 理想气体的等值过程摩尔热容 一、等体过程定体摩尔热容 二、等压过程定压摩尔热容 三、等温过程 7.4 绝热过程多方过程 一、绝热过程 二、多方过程 7.5 循环过程卡诺循环 一、循环过程 二、卡诺循环 7.6 热力学第二定律 一、热力学第二定律的两种表述 二、两种表述的等效性 7.7 可逆过程与不可逆过程卡诺定理 一、可逆过程与不可逆过程 二、卡诺定理 7.8 熵熵增加原理 一、熵的引入 二、熵变的计算 三、熵增加原理 章后结束语 一、本章小结 二、应用及前沿开展 习题与思考 科学家简介——焦耳 阅读资料A:熵和能量退化能源 第8章 气体动理论 8.1 分子动理论的根本观点和统计方法的概念 一、分子动理论的根本观点 二、统计方法的一般概念 8.2 理想气体的压强公式 一、理想气体的微观模型 二、理想气体的压强公式 8.3 温度的微观解释 8.4 麦克斯韦气体分子速率分布律 一、测定气体分子速率分布的实验 二、麦克斯韦气体分子速率分布律 三、三种速率的推算 8.5 玻尔兹曼分布 一、玻尔兹曼分布 二、重力场中微粒按高度的分布律 三、等温气压公式 8.6 能量按自由度均分定理理想气体的内能和摩尔热容 一、分子的自由度 二、能量按自由度均分定理 三、理想气体的内能和摩尔热容 8.7 分子的平均碰撞频率和平均自由程 8.8 气体内的迁移现象 一、粘滞现象(内摩擦现象) 二、热传导现象 三、扩散现象 8.9 实际气体的范德瓦尔斯方程 一、分子体积引起的修正 二、分子引力引起的修正 8.10 焦耳一汤姆孙实验实际气体的内能 一、焦耳实验 二、焦耳一汤姆孙实验 三、实际气体的内能 8.11 热力学第二定律的统计意义 一、气体自由膨胀过程的不可逆性的微观解释 二、热力学第二定律的统计意义 三、熵的统计表达式 章后结束语 一、本章小结 二、应用及前沿开展 习题与思考 科学家简介——玻尔兹曼 阅读资料B:自组织现象低温的获得 第四篇 振动与波 第9章 振动学根底 9.1 简谐振动 一、简谐振动的根本特征及其表示 二、描述简谐振动的特征量 三、简谐振动的矢量图解法和复数解法 四、简谐振动的能量 9.2 阻尼振动 9.3 受迫振动和共振 一、受迫振动 二、共振 9.4 简谐振动的合成 一、同方向同频率的两个简谐振动的合成 二、同方向不同频率的两个简谐振动的合成拍 三、相互垂直的简谐振动的合成 9.5 电磁振荡 一、LC电路的振荡 二、阻尼振荡 三、受迫振荡电共振 章后结束语 一、本章小结 二、应用及前沿开展 习题与思考 阅读材料C:周期运动的分解 第10章 波动学根底 10.1 机械波的产生和传播 一、机械波产生的条件 二、横波和纵波 三、波射线和波振面 四、描述波动的几个物理量 10.2 平面简谐波 一、平面简谐波的波函数 二、波动方程及其推导 10.3 波的能量和能流 一、波的能量及能量密度 二、波的能流和能流密度波强 三、波的吸收 10.4 电磁波 一、平面电磁波的性质 二、电磁波的能量 三、电磁波谱 10.5 惠更斯原理波的反射、折射和衍射 一、惠更斯原理 二、波的反射和折射 三、波的衍射 …… 第11章 波动光学 第五篇 近代物理根底 第12章 相对论根底 第13章 量子力学根底 习题答案 附表 参考文献
“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。