7-8 气体的迁移现象

“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。

气体交换知识点总结初中气体交换是生物体内外气体交换的过程，是维持生物体正常生理功能的重要环节。

在生物体内，气体交换主要发生在呼吸系统中，包括氧气和二氧化碳的交换。

下面是气体交换的知识点总结：1. 氧气的运输和交换氧气是生物体细胞呼吸的必需物质，它通过呼吸系统从外界环境中吸入，然后通过血液运输到各个组织细胞中去。

氧气主要通过肺泡上皮细胞弥散到肺泡腔，然后通过毛细血管壁进入血液中。

在血液中，氧气主要以血红蛋白的形式进行运输，约98%的氧气以血红蛋白的形式与血液结合，只有约2%的氧气以溶解态存在于血液中。

在组织细胞中，氧气通过血液的输送，最终弥散到各个细胞中，参与细胞呼吸过程。

2. 二氧化碳的运输和交换二氧化碳是细胞呼吸过程中产生的废物，它需要从组织细胞中运输到肺部排出体外。

二氧化碳主要以三种形式进行运输：以小部分的溶解态存在于血液中，以重碳酸盐的形式存在于血液中，以血红蛋白结合的形式存在于血液中。

在肺部，主要以呼气的方式排出体外，完成气体交换过程。

3. 呼吸运动的过程呼吸运动的过程包括吸气和呼气两个步骤。

吸气是通过膈肌和肋间肌的收缩，使胸腔容积增大，气压减小，空气从外界环境中流入肺部。

呼气是通过肺部和胸腔弹性的复原力，使胸腔容积减小，气压增大，空气从肺部流出体外。

这个过程可以让新鲜空气进入肺部，废气排出体外，保持肺部内外气体交换的正常进行。

4. 高海拔呼吸适应高海拔地区氧气稀薄，对生物体来讲是一种逆境。

为了适应高海拔地区的气候环境，生物体会产生一系列适应性变化，包括血液中红细胞数量增加，血红蛋白浓度增加，肺泡和毛细血管壁增厚等，这些适应性变化可以提高生物体对缺氧的耐受能力，从而保证内外气体交换的正常进行。

5. 肺活量和肺功能测定肺活量是指在标准呼吸状态下从最大吸气到最大呼气所呼出的空气量，通常包括用力呼气、用力吸气、最大呼气量、最大吸气量等几种方式。

可以通过测定肺活量来评估肺功能的状态，包括肺活量、用力呼气容积，用力吸气容积等指标，从而判断呼吸系统的正常状态。

化学反应过程中物质的漂移和扩散物质的漂移和扩散是化学反应过程中常见的现象，它们对于反应速率和反应结果有着重要的影响。

以下是关于物质漂移和扩散的知识点介绍：1.物质漂移：物质漂移是指在化学反应过程中，反应物或生成物由于浓度梯度而发生的迁移现象。

物质漂移可以分为两种类型：自发的漂移和外加力引起的漂移。

自发的漂移是由于反应物和生成物浓度之间的差异驱动的，而外加力引起的漂移则是由于外部作用力（如风力、水流等）导致物质的迁移。

2.扩散：扩散是指物质由高浓度区域向低浓度区域自发地传播的过程。

扩散现象是由于物质分子之间的碰撞和碰撞后的重新分布导致的。

扩散速率与物质的浓度梯度、分子质量和温度有关。

3.漂移和扩散的区别：漂移是指物质整体迁移的过程，可以是由于外力作用或者浓度梯度引起的；而扩散是指物质分子由高浓度区域向低浓度区域的自发传播过程。

漂移通常涉及固体或液体的迁移，而扩散则涉及气体、液体和固体的分子传播。

4.影响漂移和扩散的因素：影响漂移和扩散的因素包括浓度梯度、温度、物质的分子质量、表面积和介质性质等。

浓度梯度越大，漂移和扩散速率越快；温度越高，分子的运动速率增加，从而加快漂移和扩散速率；物质的分子质量越小，扩散速率越快；表面积越大，扩散速率越快；介质性质如粘度也会影响漂移和扩散速率。

5.漂移和扩散在化学反应中的应用：在化学反应过程中，漂移和扩散对于反应速率和反应结果有着重要的影响。

通过控制反应体系中的浓度梯度和扩散速率，可以优化反应条件，提高反应效率和选择性。

以上是关于化学反应过程中物质的漂移和扩散的知识点介绍，希望对您有所帮助。

习题及方法：1.习题：在一个长方体容器中，A气体从一端释放，B气体从另一端释放，试分析A和B气体的扩散过程。

解题思路：本题考查气体扩散现象的理解。

根据题目描述，可以假设A和B气体在容器中自由扩散，由于气体分子的运动是无规则的，因此在一段时间后，A和B气体会相互混合。

（1）画出A和B气体在容器中的浓度分布图，初始时A气体浓度逐渐增加，B气体浓度逐渐减少。

教案适用对象批准人<附讲稿：页）教研室教员年月日课目：第十八讲气体分子速率分布目的：理解速率分布函数及麦克斯韦速率分布律的意义。

了解三种速率，了解自由程的概念。

重点：一、麦克斯韦气体分子速率分布率1、测定气体分子速率分布的实验2、麦克斯韦气体分子速率分布定律3、三种统计定律二、分子平均碰撞次数和平均自由程三、气体迁移现象1、粘滞现象2、热传导现象3、扩散现象难点：理解速率分布函数及麦克斯韦速率分布律的意义，了解三种速率，了解自由程的概念。

主要方法：讲授讨论练习基本要求：理解速率分布函数及麦克斯韦速率分布律的意义。

了解3中速率，了解验证速率分布律的实验依据。

了解玻耳兹曼能量分布律的意义及在重力场中粒子数密度公式。

了解分子平均碰撞频率及平均自由程的概念。

b5E2RGbCAP教案内容：6.6 麦克斯韦速率分布律6.6.1实验小孔充分小，改变w，测D上的沉积厚度，图6-7 测定分子速率的实验装置示意图就可测气体速率分布。

给定w。

粒子速率分布实验曲线如图6-8所示。

6.6.2气体分子速率分布律<函数）由于分子数目巨大且碰撞频繁，故单个分子速率取值任意偶然。

但又由分子平均平动动能公式知：温度T一定时，大量分子的方均根速率却又是确定的。

p1EanqFDPw 说明：平衡态时，虽然单个分子的速率取值偶然，但大量分子的速率满足一定的统计规律。

麦克斯韦从理论上得出如下规律：DXDiTa9E3d图6－8 分子速率分布实验曲线满足归一化条件：1. 速率分布的概念分子可能的速率值：速率区间：使得：内的分子数为，表示第i个速图6-9 不同温度下的速率分布曲线率间隔中的分子数占总分子数的百分比或表示单个分子速率值落在区间内的概率。

实验证明：平衡态时,分布在不同区间的不同,但却是确定的。

2. 气体分子速率分布律由实验知：与速率区间有关。

当时，与无关，仅是的连续函数，即速率分布函数物理意义：速率在v附近单位速率间隔内的分子数占总分子数的百分比,或某分子速率出现在v 附近的单位速率间隔内的概率。

第五章思考题及其解答5-1 什么是热运动？其基本特征是什么？说明微粒做布朗运动的原因。

答：系统中物质分子运动的剧烈程度随系统温度的升高而加剧，因此，将大量分子的无规则运动叫做分子的热运动。

分子热运动的基本特征是分子的永不停息地运动和频繁地相互碰撞。

由于气体分子的热运动，即从微观角度看，气体分子的无规则运动和对微粒的频繁碰撞，是微粒产生布朗运动的原因。

5-2 何谓理想气体？从微观结构来看，它与实际气体有何区别？答： 所谓理想气体就是指比较稀薄的气体，即平均间距很大的分子集合。

具体地讲，理想气体（1）分子本身线度与分子之间的平均距离相比可以忽略不计，分子看作质点；（2）除碰撞的瞬间外，分子与分子、分子与器壁间无相互作用力；（3）分子之间，分子与器壁之间的碰撞是完全弹性的。

而实际气体分子之间有相互作用力，在短程斥力的作用下，实际气体分子不能当着质点来处理，应考虑到其本身体积的大小。

实际气体的状态方程和实际气体的等温线和理想气体相比较也有较大的差别。

5-3 若给出一个矩形容器，设内部充有同一种气体，每一个分子的质量为m ，分子数密度为n ，由此可以导出理想气体的压强公式。

若容器是一个球形的，压强公式的形式仍然是不变的。

请证明之。

答：在球形容器内，分子运动的轨迹如本图中带箭头实线所示。

设分子i 的速率为i v ，分子与器壁的碰撞为完全弹性碰撞，分子碰撞器壁只改变分子运动方向，不改变速度的大小，并且，“入射角”等于“反射角”。

对分子i 来说，在每次和器壁的碰撞中，分子对器壁作用的法向冲量为2cos i mv θ。

该分子每秒钟内与器壁的碰撞次数为2cos i v R θ，所以，该分子每秒内作用在器壁上的作用力为22cos 2cos i i i v mvmv R Rθθ⋅=对于总数为N 的全部分子（分子是全同的，每一个分子的质量均为m 。

）来说，球形内壁每秒内所受到的总作用力等于21N i i m F v R ==∑由于球形内壁的总面积为24R π，气体的体积为343R π。