关于气体内的迁移现象
第5章 非平衡态动力学理论
v Z
v 2nd v
2
1 2 nd
2
kT 2 d P
2
（1）对于同种气体，λ与 n 成反比，而与 v 无关； （2）在温度一定时， λ仅与压强成反比。
例2：设原子有效直径 d = 10–10 m 求 （1）氮气在标准状态下的平均碰撞次数 （2）若温度不变气体压强降到1.3310–4 Pa 平均碰撞次数又为多少？ 解：
?牛顿黏性（viscosity）定律
在相邻两层流体中，相对速度较大的流 体总是受到阻力，即速度较大一层流体受到 的黏性力的方向总与速度梯度方向相反，故
f du dz A
速度梯度即流速在薄层单位间距上的增量。
旋转黏度计:测定气体的黏度而设计仪器 扭丝悬吊了一只外径为R、长为L的内
M
圆筒，筒外同心套上一只长亦为L、内径为 R+δ的外圆筒，内外筒的隔层内装有被测气 体，夹层内的空气对B 筒施予黏性力。A 筒 保持一恒定的转速ω,B 筒相应地偏转一定的 角度，偏转角度的大小由附在扭丝上的小镜 M 所反射的光线测得。从偏转角的大小可计 算出黏性力。
三、气体扩散（diffusion）的微观机理 扩散是在存在同种粒子的粒子数密度 空间不均匀的情况下，由于分子热运动所 产生的宏观粒子迁移或质量迁移。 它与流体由于空间压强不均匀所产生 的流体流动不同，后者是由成团粒子整体 定向运动产生。 扩散也向相反方向进行，因为在较高密 度层的分子数较多，向较低密度层迁移的分 子数就较相反方向多。
dN 1 dt D n1 n 2 L A
dn 1 dt D n1 n 2 VL A
CO 粒子数守恒，即
污染物的迁移和转化
都可以作为配位
体与金属离子络 合
2.2.2.5吸附作用
吸附是发生在固体 或液体表面对其它 物质的一种吸着现 象。污染物在土壤 中的吸附常常受到 土壤中有机质含量， 土壤颗粒大小，粘 土矿物成分，pH， 阳离子交换能等土 壤理化性质的影响。
=SurfOH指铁，铝和锰氧化物表面
2.2.2.6 氧化还原作用
Zn2+ + NH3
ZnNH32+
Hg2+ + 2OH Hg(OH)2 +Cl Hg2+ + ClHg2+ + 2ClHg2+ + 3ClHg2+ + 4Cl-
Hg(OH)2 Hg(OH)Cl HgCl+ HgCl2 HgCl3HgCl42-
吸附力强 吸附力弱
环境中的 OH-， Cl-，HCO3-， CO32-及含NH2，-OH，COOH，-SH等
生物累积的程度可用生物累积系数 bioaccumulation factor, BAF 表示。
BAF=某一生物个体生长发育较后阶段体内蓄积污染物的 浓度/同一生物生长发育较前阶段体内蓄积该污染物的浓 度
生物累积某种污染物的浓度水平取决于该生物摄取和消 除该污染物的速率之比，如果摄入量大于消除量，就会 发生生物积累。
地下水污染或是 造成癌症村现象 的首因
2.2.1.3 重力的机械迁移作用
指污染物及其搬运在体在重力作用下的迁移运动。
➢吸附了污染物的气溶胶，颗粒物，悬浮物等主要以 重力沉降的方式在环境中的迁移。
➢污水设施中污染物逐渐沉积在污泥中，随污泥的处 理而迁移。
➢机械搬运污染物的行为是污染物迁移的重要方式。 如污染物以原材料，成品或包装材料的形式被远距 离运输。
第五章 固态扩散
• • • • • • • • •
自扩散:在纯金属或均匀合金中的扩散，不改变浓度分布； 互扩散:在成分不均匀的合金中的扩散，使浓度分布趋于均匀； 体扩散:原子在晶格内扩散； 晶界扩散:原子沿晶粒边界扩散； 表面扩散:原子沿外表面扩散； 短路扩散 单相扩散:在晶体结构相同的区域（单相固溶体）中的扩散； 多相扩散:在晶体结构不同的区域（多相区）中的扩散； 顺扩散:使浓度分布趋于均匀的扩散； 逆扩散:使浓度分布更加不均匀的扩散；
dc J = −D dx
浓度梯度
扩散系数 单位：扩散通量，J，atoms/(m2·s)或kg/(m2·s) 扩散系数，D，m2/s；
dc 浓度梯度， ，atoms/(m3·m)或kg/(m3·m) dx
“-”号表示扩散方向为浓度梯度 的反方向，即扩散由高浓度向 低浓度区进行。
对于菲克第一定律的讨论： 对于菲克第一定律的讨论：
不稳定扩散
• 不稳定扩散是指扩散物质在扩散介质中浓 度随时间发生变化。扩散通量与位置有关。
不稳定扩散（dc/dt ≠0， D =常数）
• 非稳态扩散方程的解，只能根据所讨论的初始条 非稳态扩散方程的解， 件和边界条件而定， 件和边界条件而定，过程的条件不同方程的解也 不同，下面分几种情况加以讨论： 不同，下面分几种情况加以讨论： 一维无穷长物体中的扩散； 1、一维无穷长物体中的扩散； 2、在整个扩散过程中扩散质点在晶体表面的浓度 保持不变（即所谓的恒定源扩散）； Cs保持不变（即所谓的恒定源扩散）； 一定量的扩散相Q由晶体表面向内部的扩散。 3、一定量的扩散相Q由晶体表面向内部的扩散。
扩散激活能克服势垒所需的额外能量统称为扩散激活能一般以qhm表示经验公式推填机制如果较大的原子进入间隙位置它可能的运动方式是原间隙原子占据了格点位置将原格点原子推入了间隙位置
低表面能物质向空气表面迁移的原因
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
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。
1
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。
23
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。
第7章扩散5.23
和 J 都随时
间t变化。通过各处的扩散通量 J 随着距离 x变化
，而稳态扩散的扩散通量则处处相等，不随距离
而发生变化。
实际上，大多数扩散过程都是在非稳态条件下 进行的。
对于非稳态扩散，要应用菲克第二定律。
二、扩散第二定律
• 任务：解决实际扩散过程中，任一点浓度随时间变化的
问题。 即： c f (x, t)
C C1 C2 C1 C2 erf ( x )
2
2
2 Dt
erf（β）称为误差函数(error function)，可以查表求出
初始条件：t=0时，
C2 > C1
x>0 C=C1 x<0 C=C2
边界条件：x=+∞，C=C1； x=-∞，C=C2； x=0，C0=(C1+C2)/2
第一节 扩散定律及其应用
J D dC dx
J为扩散通量，单位时间通过垂直于扩散方向单位截面积 的物质量，如mol/s•m2 C扩散物质的体积浓度，如mol/m3，dC/dx为沿x方向的浓 度梯度； D为原子的扩散系数。量纲m2/s 负号表示扩散由高浓度向低浓度方向进行。
浓度梯度一定时，扩散仅取决于扩散系数，扩散 系数是描述原子扩散能力的基本物理量。
x
c(x,t) cs (cs c0 )erf ( 2
) Dt
x
2 104
0.657
2 Dt 2 1.611012 (4 3600)
查表: erf（0.657）= 0.647
cs=1, c0=0.1 c=1-(1-0.1)*0.647=0.418
第一节 扩散定律及其应用
Cs Cx erf ( x )
• 设：在扩散通道上截取一小体积，横截面积为A，高为 dx，则微小体积为Adx，考虑该小体积在扩散过程中，单 位时间浓度的变化：
10.1 分子运动的基本概念
10.1 分子运动的基本概念 10.2 气体分子的热运动 10.3 统计规律的特征 10.4 理想气体的压强公式 10.5 麦克斯韦速率分布定律 10.6 温度的微观本质 10.7 能量按自由度均分原理 10.8 玻耳兹曼分布律 10.9 气体分子的平均自由程 10.10 气体内的迁移现象 10.11 热力学第二定律的统计意义 10.12 实际气体的性质
48个铜原子形成的量子围栏
石墨表面上用碳原子绘制的中国地图
10.1 分子运动的基本概念
分子运动的基本观点:
1. 宏观物体由大量粒子（分子、原子等）组成。 2. 分子在永不停息地作无序热运动。
( 布 朗 运 动 )
3. 分子间存在相互作用力 。
r r0 分子力表现为斥力 r r0 分子力表现为引力
f(r)
~10-9 m
r
r0
分子力与分子间距离的关系r — 平衡位置说明一切宏观物体都是由大量分子组成的，分子都在永不停息 地作无序热运动，分子之间有相互作用的分子力。
最新精编中考物理一轮大单元复习课件 第十三单元内能(人教版)
混合在一起，最后颜色变得均 界面变得模糊，静待几周后
匀
颜色变得均匀
把磨的很光滑铅块和金块紧紧 压在一起，在室温下防止五年 后在将它们切开，发现它们互 相渗入月1mm深
空气和二氧化氮气体彼此进入 水和硫酸铜溶液彼此进入对
对方
方
金和铅彼此进入对方
气体、液体和固体分子都在不停地做无规则运动，能彼此进入分子的间隙中，即固体、液体 和气体都会发生扩散现象
3 【单元学习任务】★知识点二：内能
一、内能 理解物体内能时，要注意以下三点： (1)内能是指物体的内能，不是分子的，更不能说内能是个别分子和少数分子所具有的 。内能是物体内部所有分子共同具有的动能和势能的总和，所以，单纯考虑一个分子 的动能和势能是没有现实意义的。 (2)任何物体存任何情况下都有内能。 (3)内能具有不可测性。只能比较物体内能的大小，不能确定这个物体具有的内能究竟 是多少，因为内能是物体的所有分子具有的总能量，宏观量度比较困难。
一、物质的构成 3.分子间有间隙 实验演示一：取一枝长约1m的细玻璃管，注入半管清水，再注入酒精，使液面几乎 达到管口，上下几次颠倒玻璃管，观察玻璃管中的液体体积会变小。 这是酒精与水的混合过程。实际上是酒精分散到了水中，从微观的角度看，酒精分子 分散到了水分子中间，这一现象说明水分子和酒精分子间都有间隙。
3 【单元学习任务】 ★知识点一：分子热运动
一、分子热运动 特别提醒 用转换法研究分子运动：分子很小，我们不能用肉眼观察到分子运动情况，但可以通 过宏观的扩散现象间接研究分子的运动情况，这种通过易于感知的现象来推测不易感 知的现象研究方法叫转换法。在研究声音的产生、压力作用效果等实验中，液都用到 了转换法。
3 【单元学习任务】 ★知识点一：分子热运动
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“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。