2020年高中物理竞赛-热学A（联赛版）03近平衡态的输运过程：输运现象的宏观规律(共19张PPT)

2020高中物理竞赛 热学A 第二节 输运现象的宏观规律 （一）一些基本概念 驰豫 在均匀且恒定的外部条件下，当热力学系统对于平衡态稍有偏离时，粒子间的相互作用（碰撞）使之向平衡态趋近的现象称为驰豫现象。 输运过程 在孤立系统中，由于动量、能量、质量等的传递，各部分之间的宏观相对运动、温度差异、 密度差异将逐渐消失，系统将从非平衡态过渡到平衡态，这些过程统称为输运过程。 输运的方式 平衡条件 输运方式 （二）黏滞现象的宏观规律 流动： 层流：流线平行 湍流：流线复杂，物理量的时间平均值有不规则涨落 黏滞现象： 流体作层流时，通过任一平行于流速的截面两侧的相邻两层流体间具有互相阻滞相对“滑动” 的现象。 牛顿黏滞定律 稳恒流动： 实验表明： 其中为流体的黏度、或动力黏度，也称黏滞系数，单位 Nsm-2. “-”表示定向动量总是沿着流速变小的方向输运。 切向动量流密度 动量流：单位时间内相邻流体层之间转移的沿流体层切向的定向动量，记为： 动量流密度：单位面积上转移的动量流： 因为： 得： “– ”表示定向动量流总是沿着流速变小的方向输运的。 （三）热量传递的宏观规律 热量传递的方式：传导；辐射；对流。 热传导：当系统各层温度不均匀时，热量从高温传向低温区的方式称为热传导。原因：热运动。 辐射传热：当两系统表面有温度差时，由于表面温度不同，发射或吸收的热辐射能量不同，致使能量从高温系统的表面向低温系统的表面迁移，这种方式称为辐射传热。原因：光子气体热运动 对流传热：流体从某处吸收热量后流到别处向较冷的流体释放出热量的传热方式称为对流传热。原因：系统宏观运动 热传导现象的宏观规律 傅立叶传导定律： 热流量（热流） “-”表示热流方向与温度梯度方向相反 为热导率（热导系数），单位 W/mK 热流密度：单位面积的热流量 例题：一半径为b的长圆柱形容器沿它的轴线上有一半径为a、单位长度电阻为R的圆柱形长导线。圆柱形筒维持在恒温下，里面充有被测气体，当导线内有一小电流I通过时，测出容器壁与导线间的温度差为 ，假设此时已达到稳态传热，试问待测气体的热导率为多大。 解：由傅立叶定律知，热流密度为 设圆筒长为 L，则半径为 r 处的圆柱面上通过的热流为 因为稳态传热时，在不同 r 处 H