高二物理競(jìng)賽輸運(yùn)過(guò)程的宏觀規(guī)律課件

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1、輸運(yùn)過(guò)程的宏觀規(guī)律(MacroscopicLawofTransportProcess)1當(dāng)氣體處于非平衡狀態(tài)下，氣體內(nèi)部或者各部分的溫度不相等，或者各部分的壓強(qiáng)不相等，或者各氣層之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或者這三者同時(shí)存在。在這些非平衡狀態(tài)下，氣體內(nèi)部將有能量、質(zhì)量或動(dòng)量從一個(gè)部分向另一個(gè)部分定向遷移，這種由非平衡態(tài)向平衡態(tài)的變化過(guò)程就是氣體的輸運(yùn)過(guò)程。黏性現(xiàn)象、熱傳導(dǎo)現(xiàn)象、擴(kuò)散現(xiàn)象2黏性現(xiàn)象的宏觀規(guī)律氣體中各層間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),各層氣體流動(dòng)速度不同,氣體層間存在粘滯力的相互作用.1、層流在流動(dòng)過(guò)程中，相鄰質(zhì)點(diǎn)的軌跡線彼此僅稍有差別，不同流體質(zhì)點(diǎn)的軌跡線不相互混雜，這樣的流動(dòng)稱為層流。32、湍流

流體的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。3、穩(wěn)恒層流中的黏性現(xiàn)象內(nèi)摩檫現(xiàn)象u=u（z）凡是流體都有黏滯力4氣體：

當(dāng)氣體各層流速不均勻時(shí)，產(chǎn)生粘滯現(xiàn)象，直至各層均勻?yàn)橹埂?/p>

設(shè)各層平面平行,氣層整體作定向運(yùn)動(dòng)，流速各層不均勻。(只討論氣體作穩(wěn)恒層流時(shí)的黏滯現(xiàn)象)5模型:設(shè)系統(tǒng)如圖，氣體定向速度沿Z軸增加；u沿Z軸的變化量，稱速度梯度；的意義？今在z=z0處取一平行于xoy平面的面元ΔS來(lái)討論，研究

ΔS的受力情況；f：為ΔS上方流體對(duì)ΔS的作用力；：為ΔS下方流體對(duì)ΔS的作用力；顯然，z0z1z2xyzou2u0u1(速度隨空間的變化率)

越大，氣層的定向流速越不均勻，粘滯現(xiàn)象越明顯。△Sff'6今討論f的大??；（1）實(shí)驗(yàn)表明:f與ΔS

成正比；（2）實(shí)驗(yàn)表明:f與成正比；所以，

或：…………①稱流體的黏性系數(shù)或黏度，與氣體性質(zhì)和狀態(tài)有關(guān)。單位：（SI）pa·s

。另可用P(泊),

1P=0.1pa·sBC氣體的黏度隨溫度升高而增加，液體的黏度隨溫度升高而減少。7或，定義動(dòng)量通量：JK的意義：?jiǎn)挝幻娣e、單位時(shí)間沿流層切向轉(zhuǎn)移的定向動(dòng)量。3、動(dòng)量形式∵………②通常①或②式稱牛頓黏性定律。意義？f……dK：動(dòng)量輸運(yùn)動(dòng)量沿u減小的方向輸運(yùn)，

粘滯現(xiàn)象是由于氣體內(nèi)部速度不均勻引起的，內(nèi)部有動(dòng)量的輸運(yùn)，直至各處速度均勻?yàn)橹埂?duì)較快流層：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)失去的定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)量；對(duì)較慢流層：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)獲得的定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)量8*非牛頓流體1、其速度梯度與互相垂直的黏性力間不呈線性函數(shù)關(guān)系，如血液、泥漿、橡膠等。2、其黏性系數(shù)會(huì)隨著時(shí)間而變的，如：油漆等凝膠物質(zhì)。3、對(duì)形變具有部分彈性恢復(fù)作用，如瀝青等黏彈性物質(zhì)。9黏性力的大小與兩部分的接觸面dS和截面所在處的流速梯度成正比?！ｎD黏性定律——是流體的黏性系數(shù)，單位：NSM-2，表示單位時(shí)間、單位面積、單位速度梯度上輸運(yùn)的動(dòng)量?！橇黧w定向流動(dòng)速率梯度在z0處之值ds——是在z0處兩流體層接觸面的面積。910

：與流體的性質(zhì)和狀態(tài)有關(guān),可以實(shí)驗(yàn)測(cè)定。測(cè)定的實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖：A筒保持一定的轉(zhuǎn)速，B筒相應(yīng)地偏轉(zhuǎn)一定的角度（可由小鏡反射的光線測(cè)得）；懸絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)和B筒的半徑都是已知的，可算出內(nèi)摩擦力；速度梯度和面積也可以直接測(cè)得；于是，從公式可以算出內(nèi)摩擦系數(shù)。小鏡ABC旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)1011MBAR+δωLR例題：旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)是為了測(cè)定氣體的黏度而設(shè)計(jì)的儀器,其結(jié)構(gòu)如圖所示。扭絲懸吊一只外徑為R、長(zhǎng)為L(zhǎng)的內(nèi)圓筒，筒外同心套上一只長(zhǎng)亦為L(zhǎng)、內(nèi)徑為R+δ的外圓筒(δ<<R),內(nèi)、外筒的隔層裝有被測(cè)氣體。使外筒以恒定角速度ω旋轉(zhuǎn)，這時(shí)內(nèi)筒所受的氣體黏性力產(chǎn)生的力矩被扭絲的扭轉(zhuǎn)力矩G所平衡。G可由裝在扭絲上的反光鏡M的偏轉(zhuǎn)角度測(cè)定。試導(dǎo)出被測(cè)氣體的黏度表達(dá)式提示：因δ<<R

，可認(rèn)為夾層內(nèi)的速度梯度處處相等1112MBAR+δωLR解：外桶的線速度夾層流體的速度梯度黏性力對(duì)扭絲作用的合力矩：所以，氣體的黏度為：內(nèi)桶的線速度1213二.熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的宏觀定律熱傳導(dǎo)(heatconduction)

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)各部分的溫度不均勻時(shí)，就有熱量從溫度較高的地方傳遞到溫度較低的地方，由于溫差而產(chǎn)生的熱量傳遞現(xiàn)象。傅立葉定律傅立葉定律設(shè)為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的熱量簡(jiǎn)稱為熱流，則若設(shè)熱流密度為JT,則：1314溫度梯度表示流體中溫度沿z