大学物理 · 分子运动论

输运现象梯度实验台

分子明明向各个方向乱跑,为什么宏观上却出现确定方向的扩散、黏滞与热传导?先押一个方向,再让统计结果说话。

模型边界
以下是近局域平衡、梯度不太陡时的稀薄气体图景,只作定性与半定量比较,不给出虚构的精确输运系数。

浓度左高右低时,净粒子通量指向哪里?

还没有公布答案。分子向左右都运动,不等于两边越过界面的数量相同。
55%
较缓较陡
0.8
短:只采样近邻长:跨层携带更明显
局域平衡图景适用 当前梯度与自由程尺度的组合仍适合用“相邻薄层交换”来理解。

浓度场中的分子交换

微观轨迹双向交错;穿过中线的统计不对称才形成净通量。

无规则热运动:双向
高浓度 · 分子多 低浓度 · 分子少

宏观结果

Jₙ ∝ −∇n

锁定预测后显示净粒子通量方向。

相对指标:待观察

读图关键

左右方向的分子轨迹同时存在。宏观方向要比较单位时间内从两侧跨过中线所携带的量。

半定量约定:显示指标取“梯度幅度 × 自由程尺度”的归一化值,只比较趋势,不代表真实材料的输运系数。

粒子运动仅为定性示意,不用于统计求出传输系数或净通量;净通量由所示梯度与线性输运关系计算。

三道即时判断

判断后立即看反馈。别只背“从高到低”,要说清楚被传递的量。

判断 01 · 扩散

出现从高浓度侧到低浓度侧的净扩散时,仍有分子反向越过界面。

等待判断。
判断 02 · 黏滞

气体黏滞只是把分子从快层搬到慢层,不涉及切向动量的交换。

等待判断。
判断 03 · 热传导

不论温度梯度多陡,都能用这里的局域平衡图景精确计算热流。

等待判断。