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分子平均自由程:大学物理重要概念

时间:2023-10-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:分子在连续两次碰撞之间自由运动的平均路程,称为分子的平均自由程,用表示。显然,是一个分子在时间Δt内所经过的总距离除以这个时间内发生的碰撞次数,即上式表明,分子的平均自由程只与单位体积的分子数nv及分子直径d有关。在标准状态下,各种气体分子的平均自由程为10-8~10-7 m,平均碰撞频率的数量级为5×109s-1左右。常温常压下,一个分子在一秒内平均要碰撞几亿次,所以平均自由程是非常短的。

分子平均自由程:大学物理重要概念

分子在连续两次碰撞之间自由运动的平均路程,称为分子的平均自由程,用表示。显然,是一个分子在时间Δt内所经过的总距离除以这个时间内发生的碰撞次数,即

上式表明,分子的平均自由程只与单位体积的分子数nv及分子直径d有关。平均自由程与平均碰撞频率间的关系为

当气体处于平衡态,温度为T时,有

由此可知,当温度一定时,压强成反比,压强愈小分子的平均自由程愈大,分子自由运动的时间愈长。(www.xing528.com)

在标准状态下,各种气体分子的平均自由程为10-8~10-7 m,平均碰撞频率的数量级为5×109s-1左右。常温常压下,一个分子在一秒内平均要碰撞几亿次,所以平均自由程是非常短的。

应当指出,在前面的讨论中把气体分子看成直径为d的小球,并且把分子间碰撞看成是完全弹性的,这些都是对真实情况的简化假设。分子是由原子核电子等构成的,具有复杂的内部结构,并不是一个球体。分子间的碰撞,实质上是在分子力作用下的散射过程,当两个分子质心相距非常近时,强大的核间斥力会使分子产生散射。两个分子质心靠近的最小距离的平均值就是前面的简化模型中的d,所以d常叫作分子的有效直径。实验表明:随着温度的升高,分子的有效直径略有减小,这是因为分子的平均速率随温度升高而增大,它们之间更容易彼此穿插。

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