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微粒运动探究:解析微粒震荡的规律

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:在重力作用下,烟幕微粒与空气的分子不规则撞击,从而产生布朗运动。微粒尺寸小于3×10-5cm时,具有明显的布朗运动;接近分子大小时,则布朗运动最猛烈;大于1×10-4 cm时,则不做布朗运动。布朗运动的急剧程度随温度的增高而增大。在稀薄空气中,布朗运动更急剧。做布朗运动的微粒受到来自四面八方的空气分子的冲击,因而每时每刻都以不同速度沿不同方向做无规则的运动。

微粒运动探究:解析微粒震荡的规律

微粒的运动直接影响着烟幕的稳定性。在重力作用下,烟幕微粒与空气的分子不规则撞击,从而产生布朗运动。微粒尺寸小于3×10-5cm时,具有明显的布朗运动;接近分子大小时,则布朗运动最猛烈;大于1×10-4 cm时,则不做布朗运动。布朗运动的急剧程度随温度的增高而增大。在稀薄空气(即降低了空气的黏度和密度)中,布朗运动更急剧。做布朗运动的微粒受到来自四面八方的空气分子的冲击,因而每时每刻都以不同速度沿不同方向做无规则的运动。布朗运动的速度用微粒的平均位移来表示。微粒在一定时间内沿直线所走的距离叫平均位移。例如,十分之几微米的微粒,每秒平均位移等于2~7μm。平均位移

量l与位移的时间t的平方根成正比,即l

重力的作用将使微粒沉降。烟幕的微粒直径一般在2×10-5~8×10-5 cm范围内,它以不变的速度下降。直径大于1×10-3 cm的微粒(尘埃),常加速沉降。微粒越大,越易沉降,烟幕的稳定性也越差。直径在1×10-3~1×10-5 cm的微粒沉降速度,可按斯托克斯(Stokes)公式计算:

式中,v——微粒沉降速度,cm/s;

r——微粒的半径,cm;

g——重力加速度,981 cm/s2

ρ——微粒的密度,g/cm3

ρ′——介质的密度,g/cm3;(www.xing528.com)

η——空气的黏度,1.81×10-4 g/(cm·s)。

由于空气的密度ρ′很小,可以略去不计,并以2g/(9η)=k代入,则得:

式中,k=1.2×106 cm2/(g·s)。

微粒在时间t内,由于重力的作用,下降路程s可由下式来计算:

各种烟雾微粒的运动速度见表9.5。通常情况下,非球形粒子的终端速度较小。

表9.5 烟雾微粒的运动速度

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