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上一主题:本论坛禁止骗子及其帮凶发言,刘... 下一主题:量子纠缠----科学向宗教曲膝投降
 [31楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/19 00:31 

关于541218所说的“处在下层的分子所拥有的平均动能必然较处在上层的分子所拥有的平均动能要大一些”,这句话是不对的。如果温度均匀的话,应该是分子所拥有的平均动能与高度z无关。平均势能经过对z的积分之后,则也为kT。后者这一点上面已经指出。
此外,这里还有一个概念要澄清:541218所说的(平均)势能是指每层的(平均)势能,平均动能是每层的平均动能。而“清华大学的一些博导们”的平均势能和平均动能是指对高度z经过积分后的总的平均势能和总的平均动能。两者概念根本不同。
虽然下层气体的压强要比上层大(为了承载上层的重力),所以才有气体的密度分布为exp(-mgz/kT), 于是下层的密度比上层大。处在下层的分子平均动能没有必要较处在上层的分子平均动能要大一些。
至于541218所说的“凡是向下运动的分子都得到了重力的加速,而凡是从下层返回上层的分子都遭到了力场的阻碍”,因此得到了“处在下层的分子平均动能要较处在上层的分子平均动能要大一些”。这个逻辑是完全不成立的。因为对于一个稳定分布,既然有向上跑的分子,也有相等个数向下跑的分子。无非是粒子交换了一下,但其力学属性根本无交换。除非你讲的是非稳定平衡(不均匀温度),那么有定向的粒子流动(和分子动能流动),那么这是另外一个层次的问题。自当别论。但我们现在就讨论均匀重力场的稳定分布(假设气体已经稳定存在了足够久时间)这个简单玩具模型。对于这个模型,541218的观点大多数错。
一个简简单单的问题,如此搞不灵清,541218真是自我折腾。
沈建其2010-7-18
 [32楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/19 00:46 

关于541218的“西北工业大学杨新铁老师早就再三表态认同鄙人的观点:重力场(含惯性力场)与温度场一样都是传导热流的驱动力!所以重力场必然导致绝热(理想气体)流体系统内部存在着稳恒的温度梯度!”
这个观点是严重错误的。重力场当然会导致热流的驱动,但在足够长的时间之后,这个驱动就不存在了。注意:热流的驱动是一个传导方程,不是波动方程(热传导方程和量子力学薛定谔方程数学形式一模一样,就只在后者多了一个虚数单位i),所以热传导方程在势场驱动下最后这个驱动率是要随着时间指数衰减的。这就是我为什么老是要假设“气体已经存在了足够久时间”的原因。最后不会存在稳恒的温度梯度(而是均匀温度)。那么什么情况下,温度会有稳恒的温度梯度呢?是这么一种情况,就是有外加的热源和热汇(这样的驱动才可以有温度梯度),如气体一边接触一个3000K的恒温热源,另一边接触一个100K的恒温热源,那么这样的情形,不要重力,也会有温度梯度,当然也要足够久时间才可以达到稳恒的温度梯度。重力场不是热源和热汇,(在足够久时间后)它不会导致“稳恒的温度梯度”,只导致一个稳恒的压强梯度(这个压强梯度要求有稳恒的密度梯度,exp(-mgz/kT)),整个气体温度是均匀的。这些可以从热传导方程得到。沈建其2010-7-18
 [33楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/19 00:55 

对【20楼】说:

奢望那位高人能接受鄙人给出的定解条件[初始条件(系统的摩尔数=1;摩尔质量=4克;总能量=两大卡;外场强度=每秒每秒两万米、系统的体积=两百万立方公里)和边界条件(系统的几何参量:横截面积等于两平方米的筒柱、拥有绝热的刚性壁)]都已经明确(给定)。 奢望那位高手依据这个定解条件解出该容器中理想气体的密度、温度、压力分布函数。并指出其底部的温度、密度、压力的精确数值(保留两位小数,小数点后第三位数值四舍五入)。

奖金:八百万人民币圆。

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沈回复:这个问题不就是均匀重力场强的问题吗?

匀强重力场内,气体的密度(分子个数)分布为exp(-mgz/kT), g为重力场强, z为高度, m为分子质量,  kBoltzman常数。这里设了在地面(z=0)气体的密度为1。气体的密度分布为exp(-mgz/kT),这是大学物理的习题或例题答案,这里我不再说明如何推导(推导方法有多种)。

至于你这个问题,其上边界不是无穷大,但是气体的密度(分子个数)分布为exp(-mgz/kT), 仍旧是成立的。由于已经告诉了“总能量=两大卡”,那么温度T也可以很快求出,无非是一个积分问题。

上面假设了“气体已经存在了足够久时间”,在这足够长的时间,根据热传导方程(热传导方程和量子力学薛定谔方程数学形式一模一样,就只在后者多了一个虚数单位i),所以热传导方程在势场驱动下最后这个驱动率是要随着时间指数衰减的。这就是我为什么老是要假设“气体已经存在了足够久时间”的原因。最后不会存在稳恒的温度梯度(而是均匀温度)。

这个简单问题只能算一个普通物理课程的简单习题罢了。我们的习题都要比这难得多呢。当然,根据边界条件求解热传导方程,这是数学物理课程的内容,稍微难了一点,但也是一个习题。总之,这个问题总的说来,是老得不能再老的问题。

 [34楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/19 00:59 

对【24楼】说:

“题设并没有理由(依据)提供体系温度必然均匀分布的条件”,

我给你一个理由(依据):利用热传导方程。在这足够长的时间,根据热传导方程(热传导方程和量子力学薛定谔方程数学形式一模一样,就只在后者多了一个虚数单位i),所以热传导方程在势场驱动下最后这个驱动率是要随着时间指数衰减的,最后温度梯度衰减到0。这就是我为什么老是要假设“气体已经存在了足够久时间”的原因。最后不会存在稳恒的温度梯度(而是均匀温度)。
 [35楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/19 01:09 

对【26楼】说:

《统计物理学》指出 理想气体分子在自由程中服从着牛顿力学运动定律,在重力场中都在作加速运动。这就是理解《大气科学》中给出的大气柱温度递减率的理论基础。为什么热统界的博导们都不能理解《大气科学》中给出的大气柱温度递减率的呢?
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沈回复:越来越搞笑了。大气高度增加(100米),温度要下降(0.6度),这是多种其他原因造成的,如阳光照射,与水气蒸发以及地面加热等多种原因。这完全是一个具有热源和热汇的问题,且一天之内,各个时间点上大气受热不同,每时每科都在进行着热传导(还没有达到达到稳定分布所需要的“足够久时间”),自然有温差。

真是滑稽,把大气温差理解成这个物理问题的解答,有趣。

 [36楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/19 01:12 

好久未来,我今天对于541218,发了较多帖子。
在这个问题上,541218几乎全错。盲人骑瞎马(人盲,题目也瞎),可以去拿那个搞笑诺奖。
[楼主]  [37楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/19 11:46 

老朽非常感激沈建其这个小伙子的热情参与!!!

但“热情”仅仅是个基础;而且“热情”也不能替代真理。

沈博士 除了与老朽存在一些误会,还存在着根本性的分歧!就是在匀强力场中死寂态(即没有宏观的粒子流和能量流)的理想气体中,下层分子所拥有的平均动能必然较其上层分子的平均动能要大一些(西北工业大学的杨新铁老师再三沉重地表示认同)!!!

每层分子的平均(重力)势能与该层分子所拥有的平均动能之和等于(体系)常数,这才是清华大学某些博导的观点!所以清华大学的博导们并不否认:在匀强力场中死寂态(即没有宏观的粒子流和能量流)的理想气体中,下层分子所拥有的平均动能必然较其上层分子的平均动能要大一些的客观事实!!!



清华大学的某些博导认为,每层分子的平均(重力)势能与其平均动能之和与其温度成正比,其比值等于其等容比热。他们就是为了迁就,整个体系的温度等于同一个常数这一传统的论调。

再次严正申明 依据鄙人给出的定解条件去解出在匀强力场中死寂态(即没有宏观的粒子流和能量流)的理想气体中的温度分布函数,密度分布函数,压力分布函数,才符合客观事实! 这是清华大学理学院的夏学江教授当面指着我的脸赞赏我的!又过了两年后,夏学江还特此拨打我的宅电,再次重申自己的严正立场!
我早年的学生潘粼粼(46岁)曾在北大理学院大气科学系担任博导兼系主任(现定居美国)依据他们系所编著的《大气科学》教材中所给出的绝热封闭稳定(中性)的大气柱的温度递减率数值与我的计算值不约而同!

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附:《解理想气体》定解条件
一、初始条件(单原子理想气体系统的摩尔数=1;摩尔质量=4克;总能量=两大卡;匀强力场强度=每秒每秒两万米、系统容器的体积=两百万立方公里);

二、边界条件(系统的几何参量:横截面积等于两平方米的筒柱;物理环境:拥有绝热的刚性壁)。
[楼主]  [38楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/19 12:10 

《大气科学》教材以及《现代科学技术词典》中的“多元大气柱”词条都一致强调:绝热(排除光辐射及周围的热干扰)、干燥(排除了水汽)、稳定(排除了对流)、中性(排除了热传导)的大气柱的温度递减率:0.97K/百米。

如果不排除这些热干扰,大气柱的温度递减率就没有统一稳定(与时间无关)的数值;大气温度的递减率也就没有资格被录入《现代科学技术词典》。


沈博士,你怎么好意思将老朽往科盲里怀疑的呢?

老朽在此论坛的帖子 一言九鼎!绝不会有一句错话!!!那就是 信口开河 误导读者!老朽的话句句接受物理实验的验证!错了半句都接受追究鄙人的刑事责任!!!

[楼主]  [39楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/19 12:43 

势场所提供的驱动力由其场势梯度决定!只要势场属于一种恒定场,那么由它所决定的驱动力自然也就是一种恒定的物理量!温度场也属于一种势场。

[楼主]  [40楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/19 12:48 

在这个问题上,541218的观点几乎属于全新。莽人骑侠马(人莽,题目也脱俗),可以去拿个高校诺奖。
[楼主]  [41楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/19 13:06 

沈建其肆意歪曲本人的题意!强行篡改物理事实!强加给绝热封闭死寂态的理想气体柱体系的温度分布函数为与其参考高度无关的常数!这就是强盗的逻辑!蛮不讲理!

你有什么理由说体系温度处处相同?
你的依据是 傅氏热流定律

你也知道 引力场(含惯性力场)与温度场类似也属于传导热流的一种驱动力!

所以你必须将温度场的梯度与引力场的梯度(含惯性力场的梯度)迭加起来综合考虑才对!如果在重力场中,没有温度梯度,由于重力就像温度梯度一样是传导热流的一种驱动力,那么体系的温度分布就不可能稳定!因为存在着传导热流的驱动力(重力)所以必然出现传导热流!当且仅当温度梯度这个驱动力与重力这个热流驱动力相抗衡时,体系的温度分布才会稳定不变!因为此时体系的总驱动力等于零!所以古人给出的热传导方程是片面的!不完备的!忽视了重力这个热流驱动力!
[楼主]  [42楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/19 19:25 

其实 傅氏热流定律并不是一个独立的经验定律!重力究竟是不是传导热流的永恒的驱动力也不需要设立一个独立的实验来检证!傅氏热流定律以及重力也属于热流的永恒驱动力都可以从“平衡态原理(熵增定律)”导出!
绝热封闭(孤立)刚性壁静置着的热力学体系无论其初始状态如何沸腾澎湃;终究必将趋于死寂(无熵产)状态。体系的熵不再增大!此时体系的一切宏观参量密度压力温度浓度分布函数, 异相之间的界面, 质心的相对位置都将不随时间而变化。
我们只要死死咬住这个基本原理(尊重这个客观事实)即可导出诸如:热流的驱动力的具体形式(究竟是否包含引力含惯性力),必然导出结论:引力乃属传导热流的永恒的驱动力!所以在重力场中所有(流体)介质(含晶体如金刚石)体内必然存在着一定量值的温度梯度,否则必然存在着传导热流!
更可以权威地平息:在重力场绝热封闭久置的流体内部究竟是否归宿于均温状态的争论?

我们就应该老老实实耐下心来不辞劳苦依据平衡态原理(熵增定律)结合物态方程以及静力平衡条件来求解其密度、压力、温度分布函数究竟是怎样的形式?如果体系温度最终是均匀分布的,那么必然解出其分布函数为与其参考高度无关的常数?

这就用不着去作定性的莫衷一是的无谓争论! 这个诺奖级重大争论无需实物试验!只需来“解理想气体”

奢望哪位高手依据这个定解条件解出该容器中理想气体的密度、温度、压力分布函数。并指出其底部的温度、密度、压力的精确数值(保留两位小数,小数点后第三位数值四舍五入)。

奖金:八百万人民币圆。


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附:《解理想气体》定解条件
一、初始条件(单原子理想气体系统的摩尔数=1;摩尔质量=4克;总能量=两大卡;匀强力场强度=每秒每秒两万米、系统容器的体积=两百万立方公里);

二、边界条件(系统的几何参量:横截面积等于两平方米的筒柱;物理环境:拥有绝热的刚性壁)。

[楼主]  [43楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/19 20:07 

因为对于单元系单原子理想气体系统只有密度、温度、压力这三个参量分布函数;所以也只需要 状态方程、静力平衡条件、无熵产(平衡态原理)这三个约束条件,决不允许再强加“傅氏热流定律”这个约束条件!也就是说:绝热封闭的理想气体的死寂态只服从状态方程、静力平衡条件、无熵产(平衡态原理)这三个约束条件!并不再遵从傅氏热流定律 。因为状态方程、静力平衡条件、无熵产(平衡态原理)这三个约束条件就对应着三道微分方程。联立这三道微分方程就可以解出 密度、温度、压力这三个参量分布函数;如果再来一个傅氏热流定律,那就出现了四道微分方程,但这里只有三个未知函数,这就相当于只有三个未知数,怎么能同时服从四道线性无关的代数方程呢?当方程的道数多于待解函数的时候,这叫 超定方程组, 而 超定方程组 是无解可求的!


所以 傅氏热流必须靠边站!


无熵产(熵增定律、平衡态原理)乃热力学系统行为的准则!热力学系统的行为决不容许逃脱(无视)熵增定律(无熵产、平衡态原理)
 [44楼]  作者:相对论太师  发表时间: 2010/07/19 20:45 

这老头更固执
 [45楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2010/07/19 22:56 

    看来老朱已经疯了,也许生活中的他比这更甚。

※※※※※※
相对论一派胡言 物理界混淆是非 时空物绝对独立 “倒相者”返璞归真
[楼主]  [46楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/20 06:34 

希望 班主:youngler 对“下层分子所拥有的平均动能必然较其上层分子的平均动能要大一些”这个话题表态!

浙江省 仙居县 的 胡杨斌,你不能再沉默了!你再沉默下去,我就要拨打你的电话啦?你别忘了你是早年毕业于清华大学的老牌大学生!
作为一个科学家的风度和胸怀应该丁卯分开!就“下层分子所拥有的平均动能必然较其上层分子的平均动能要大一些”这个最新观点你因该义不容辞地挺身而出!你不能再躲躲闪闪的啦!难道你能本末倒置么?因为虚荣心,因为爱面子就能在原则问题上做出让步么?原则是不能做交易的!

“下层分子所拥有的平均动能必然较其上层分子的平均动能要大一些”这个最新观点是你的专利!是你的发明!是你最早发现的!在国内,独立发现这个客观规律的你是第一个!我只是第五位!第二位是你们浙江省奉化县农机局的冯建明专家,第三位是河南省郑州师院的谢荣庆教授;第四位是广东省广州市航海学院的苏万春博导!这是由中国科学院高能研究所主任兼博导 常 哲 老师 介绍给我的!


[楼主]  [47楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/20 06:46 

to[相对论太师]、[刘岳权]你们两个狗杂种 是疯狗强奸其母的结果——疯种!
[楼主]  [48楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/20 06:55 

在你们的眼里,爱因斯坦 是个疯子! 贝多芬 也是个疯子!

凡是被你们视为疯子的都已经真的抵达峰巅了!

贼喊捉贼! 只有疯子、科盲才会感觉别人都是个疯子!


沈建其 从来没有吐出“疯子”一词!不愧为一位导师!


刘岳泉 之所以素质如此低劣,也就是他的天生秉性!刘岳泉这种人渣是不可能有任何作为的!
[楼主]  [49楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/20 07:33 

奢望 沈建其与胡杨斌[youngler]就“下层分子所拥有的平均动能必然较其上层分子的平均动能要大一些”这个话题互相沟通一下!


这并不是我朱顶余独家之言!他们都比我发现得早!


这个话题确实有点不可思议,有悖常规理念!但毕竟是一条客观真理!一般的人对此话题都绕不过弯——深感大惑不解!这毫不奇怪!人的悟性本来就是千差万别的!

很多不理解的人就辱骂我们是些疯子!你胡杨斌怕被骂成疯子,就干脆躲起来一言不发!那你还叫科学家么!科学家就不怕被辱骂!为了坚持真理弘扬真理,要忍辱负重,要有奉献精神要有牺牲精神!甭说遭到辱骂,就是被押上断头台,也得挺住!为了伸张正义视死如归!

我们张扬大逆不道的学术观点,决不是为了哗众取宠,决不是为了沽名钓誉,更不是为了谋求人生享受,而是为了促进人类的文明与进步!为了揭示自然、理解自然、左右自然,从自然里得到自由!

人类对自然规律的认识和理解总是从片面到全面!后人有义务有责任有权利怀疑和重审前人的结论!切不可一味地不加思索地照搬照套!安于照本宣科以讹传讹,习惯于教条主义,高枕无忧麻痹大意,沿袭思维定势。盖棺定论,不许变通,杜绝怀疑,拒绝改进,这种科学体系就是僵死的体系!僵死的体系是虚脱的丧失了生命活力!

要尊重逻辑!要坚持怀疑,以审视的目光去阅读教科书时刻警惕潜在着的欠妥与疏漏;发展才是硬道理!任何时候任何事物都需要再发展再改进再拓宽再完善再细化再深入再精辟再通俗再润色再延伸再推广再提高…………这个过程永远不会完结!这就是普适的永恒的硬道理!一切盖棺定论,麻痹大意,尽善尽美,美妙绝伦的理论体系的想法都是很危险的都是颓废的意识!任何事物总是存在着这样或那样的不足和欠妥,没有不存在欠妥之处的完美事物,只存在没有发现潜在问题的麻痹意识!
[楼主]  [50楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/20 09:14 

《热力学》这个理论体系也是一个 公理化 体系!只要抓住其基本公理就可以按照数学逻辑逐个推导出其他一切结论,诸如 热流定律,重力场中 流体的 密度、温度、压力的分布函数;流体中不同组分在不同高度的组分比…………等等都可以逐一推导出来;并不需要逐个进行测量试验!


公理化方法 才是发掘自然界潜在规律的最有效最权威最精辟的思想方法!这个方法主要是依靠逻辑推理而不是依靠观测试验现象。


依靠数学逻辑发掘潜在的自然规律的一般流程是:
首先,简化具体的物理事件、从中抽象出简单的等效的反应其物理本质的理想化的物理模型,再将其物理模型转化为数学模型即依据物理模型利用物理原理和运动规律建立相应的微分方程组,接着就依据数学法则进行求解其微分方程组,一般情况下多是非线性微分方程组,若能获得其解析解,就将其解即函数方程或曰参量方程翻译为文学语言即得所谓的全新的物理定理,此时你就是著名的物理学理论家了,你就可以 辉映人寰 垂名史册 万古流芳了!

在这个过程,需要你具有破解非线性微分方程组的超人绝技!否则你只能去谋求其数值解。破解非线性微分方程组这个绝技,暂时,在这个人世间,只有我朱顶余独家掌握!垂史三百年的粘滞性流体运动方程(属于典型的非线性微分方程)被我只用一分钟就破解!易如反掌!《量子化学》中垂史百年的汤玛斯费密方程也是一道典型的非线性微分方程,在世界范围内(含哈佛大学的博导们)至今无人破解!也被我朱疯子只用一分钟破解!小菜一碟!这就是我朱疯子的超人之处!盖世无双、旷世奇才!这是你刘岳泉祖宗八代永远不能企及的数学才能!

就算我朱疯子是个物理盲,但我在破解非线性微分方程组方面屡创精彩奇迹,难道一次次都是靠蒙出来的么?

任何形式的只含二阶导数与零阶导数的常系数常微分方程我都能破解!这是世界上第一人!

只要知道函数的各阶导数就可以求出其反函数的各阶导数,这也是世界上第一人!

………………等等,在破解非线性微分方程组方面,独创了一言难尽的不胜枚举的破题绝技!难道这也需要购买仪器进行实验验证么?
我的破题绝技是数学软件所不具有的功能!

当然,还需要你的物理概念特别清晰准确!需要你具有丰富的想象力!你的物理思路基本思想原理必须正确!需要你四大皆空,闭目冥思苦想,灵感频频迸发!善于类比和联想,大胆怀疑和大胆猜测!善于逆向思维!敢于离经叛道 ,敢闯思维禁区!敢走前人不敢走的险路!敢于黑夜独自钻进坟墓盗窃经书!要调整好心态,要凌驾于爱因斯坦之上!要目无权威!要目无师长!要目空一切!要审视一切!要藐视哈佛的博导们!要狂妄要自信!但是一定要尊重逻辑!一定要平等对话!一定不称霸!要以理服人!要讲道理!要讲逻辑!不可胡搅蛮缠!不可蛮横霸道!不可有丝毫的虚荣心!要敢于公开承认自己的学术错误!不可有忌妒心!要舍得赞扬他人的优秀点!要相信三人行必有我师!

任何人都有必要向任何人再学习!任何人都有超越任何人的独到之处!

 [51楼]  作者:周宪  发表时间: 2010/07/21 05:52 

这些博导水平之差真是意想不到。什么是势能,势能就是重力场有可能通过引力传递给它的能量,并不是它本身所具有的。如果它离开了这个重力系,就没有势能了。怎么可能势能与温度联系起来?
[楼主]  [52楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/21 10:17 

老周,你对“在匀强力场中死寂态(即没有宏观的粒子流和能量流)的理想气体中,下层分子所拥有的平均动能必然较其上层分子的平均动能要大一些”这个说法有何赐教?
 [53楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/21 20:22 

如果清华大学的老师认为“每层分子的平均(重力)势能与其平均动能之和与其温度成正比”,强调了每层,则他们是错误的。
根据热传导方程,无源无汇一定可以达到均匀温度分布。如果每层分子的平均动能是高度z的函数,那么温度必然也是高度的函数(因为对于有确定高度的一层分子,自身可以看作热平衡,如果平均动能是高度z的函数,利用Maxwell分布公式,那么该层温度必然也是与高度有关),所以清华大学老师就是不对了的。他们也无法迁就“整个体系的温度等于同一个常数这一传统的论调”。
[楼主]  [54楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/21 20:40 

清华大学的某些博导是说每层分子的平均动能与其平均势能之和等于体系温度乘以其定容比热!他们只承认每层分子的平均动能必然是高度的函数!但他们依然坚持温度与高度无关!沈博士的意思就是分子的平均动能等于其温度乘以其定容比热(?)[这与我的认识是一致的!]
我到这里来发帖就要将清华大学某些博导的随意杜撰暴露于学术界;让世人皆知!众人讨伐!
我终于找到了“同派人”!
[楼主]  [55楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/21 20:44 

奢望沈博士也能对“在匀强力场中死寂态(即没有宏观的粒子流和能量流)的理想气体中,下层分子所拥有的平均动能必然较其上层分子的平均动能要大一些”这个说法再琢磨、再推敲一下?谢谢!!!

真理不怕辩不怕争论!越辩越明朗!目的仅仅在于提高我们对温度分布与力场关系的深刻认识!

 [56楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/21 21:01 
 [57楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/21 21:03 
 [58楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/21 21:26 
 [59楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/21 21:54 

对【38楼】说:
如果说你已经有““多元大气柱词条都一致强调:绝热(排除光辐射及周围的热干扰)、干燥(排除了水汽)、稳定(排除了对流)、中性(排除了热传导)的大气柱的温度递减率:0.97K/百米。” 那么自然有你的“下层分子所拥有动能的平均值必然大于上层分子动能的平均值”。既然前人专家已经研究这么细致了,那么这个问题与相关主题也就没有什么研究的价值了。这不是什么前沿问题了。

 

但是说,大气柱有温度递减率,我还是感到奇怪。0.97K/百米,是怎么测量出来的?能造出100米高的这样的不受干扰的大气柱吗?测5米高的大气柱倒是有可能的,温度递减率0.048K/五米。这个温度差不知道如何测量的?

 [60楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/07/22 00:24 

一个重大纠正及结论
(这个纠正,即是对541218的纠正,也是对我的纠正,因为我有一个错误,但541218彻底错了):
541218 所说”“多元大气柱”词条都一致强调:绝热(排除光辐射及周围的热干扰)、干燥(排除了水汽)、稳定(排除了对流)、中性(排除了热传导)的大气柱的温度递减率:0.97K/百米。”
这个0.97K/百米的根本来源是什么?它不是541218所能解释的。
我的解释如下:
0.97K/百米的来源有两个原因。
第一个根源来自于:多元大气柱内不是均匀单一气体,主要为氧气(大约占1/4),氮气(大约占3/4),氧气分子量为32,氮气分子量为28. 因此在地面附近,空气平均分子量为29. 但在高层,由于氮气分子轻,比起氧气分子来,高层更多含氮气分子,也就是说,在高层,空气平均分子量会小于29。先暂假设整个气体温度均匀的话,高层分子由于平均分子量减小,所以高层的分子平均速度会比底层高(注意:这个“高”是由于平均分子量随着高度在减小)。那么每秒钟由上层跑到下层的分子个数会比由下层跑到上层的分子多,这就无法保持平衡,所以这就要求上层的气体温度低一点,降低上层分子的平均动能。所以,绝热稳定的大气柱的温度要递减的根本原因在于大气柱是两元成份。这是541218所不知道的。他的观点漏掉了这一层。他没有考虑到大气柱是两元成份。
第二个根源:假如大气成分只有一种的话(我们上面的讨论其实都是针对这个模型的),我这里要证明:绝热稳定的大气柱的温度要随着高度递增,而不是递减。理由如下:先暂时假设温度均匀,那么利用简单的力学关系(利用“下层气体因为需要承担上层气体的重力”),可以得到:在匀强重力场内,气体的密度(分子个数)分布为exp(-mgz/kT),下层气体的密度要比上层气体大。这个结论与热学没有多少关系,它是纯力学的结果。这是大学物理的习题或例题答案,这里我不再说明如何推导。由于下层气体的密度要比上层气体大,那么单位时间内由上层跑到下层的分子个数会比由下层跑到上层的分子个数少,这就无法保持平衡,所以这就要求上层的气体温度高一点,增大上层分子的平均速度。一句话,为保持平衡,单位时间内由上层跑到下层与由下层跑到上层的分子流量应该一样大。流量是分子个数密度与分子速度的乘积。上层分子个数密度小,这就要求上层的分子速度大一点。所以,绝热平衡的单一气体柱的温度是随着高度递增的。541218彻底错了!!但我也有错。如果是固体的话,我前两天结论还是对的,即只要考虑热传导方程,在重力场内,温度最后总是均匀的(固体内分子不会跑动,因此不必考虑分子流量,所以上面的两个根源就不存在)。但对于气体,我前两天虽然考虑了上下层气体的密度差(exp(-mgz/kT)),但没有考虑到要计算分子流量,所以关于这一点,我前两天的“温度最后总是均匀的”就不成立了,应该是递增才对。
这才是最终答案。而且我还计算了一下:由于第一个根源(二元气体),气体温度随着高度的递减率为3.5K/百米。由于第二个根源,气体温度随着高度的递增率约为(1.5K到2K)/百米,两者的总效果为:递减率为(2K到1.5K)/百米。这与541218 所说的(根据辞典)多元大气柱的温度递减率0.97K/百米也算接近了。
虽然我不知道文献中对于温度递减率0.97K/百米是如何解释的,但我认为我的应该是对的(但有待将理论细化,我上面的模型还是比较粗糙的,如如何精确计算流量,是不是这个流量也要考虑到速度分布,而不是仅仅用一个平均速度数值代替)。
我下面讲一下我提出以上观点的背景:其中我上面提出的“第一个根源”在于忽然想到实际大气的成份并不单一,由于气体的密度(分子个数)分布为exp(-mgz/kT),分子量小的气体分子个数随着高度递减比较慢,分子量大的气体分子个数密度随着高度递减比较快,这导致大气的平均分子量是随高度递减的。
“第二个根源”实际上来自于我回忆起近二十多年前的一道高中物理竞赛题。那道题大致是这样的:一个绝热盒子(开有一个小窗口)内有极度稀薄的空气(如密度只有正常空气的万分之一),将它放在桌子上,于是外面空气(300K)分子会经小窗口往盒子内跑,盒子内气体分子也会经小窗口往外跑,问盒子内稀薄空气的温度为多大时,才能保证盒子内外气体进出平衡(其实就是保证盒子内分子个数不变)。解答思路是:盒子内气体密度小,所以每秒钟跑出窗口的气体分子就少,跑进的分子多,但是如果盒子内的温度足够高的话,可以增大盒内的分子平均速度,那么跑出跑进的分子个数一样多了(流量相等)。这道题的答案是:要求稀薄气体的温度很高,所以针对大气柱问题,上层密度小,就要求温度递增,才能维持平衡。
其实,对于上面“第一个根源”,也有一道初中化学竞赛题与此精神相符(说是初中化学竞赛题,其实是却要使用高中物理知识)。这道题目是这样的:一个玻璃管,左端注入氯化氢气体,右端注入氨气。会发生什么现象?这个现象的发生位置在靠近左端呢还是靠近右端?如果增高氯化氢气体温度,那么现象的位置往哪边移动?
解答如下:氯化氢气体与氨气相遇,就生成白色氯化铵固体粉末,会覆着在玻璃管子上(玻璃管上一开始出现一个白色环)。由于温度相同,氯化氢分子的平均速度以及扩散速度都比氨分子小,所以现象发生在靠近左端。但如果加热氯化氢气体,会增加氯化氢分子的平均速度以及扩散速,现象发生位置会靠往中间位置。
以上就是我对541218的“在匀强力场中死寂态(即没有宏观的粒子流和能量流)的理想气体中,下层分子所拥有的平均动能必然较其上层分子的平均动能要大一些”的总回答。结论是对于重力场内的单一气体,541218的结论和理由都是错误的。对于如空气这样的二元气体,他的这个结论是对的,但却是蒙对的(他的理由错误)。这个问题说简单也简单,说难也难,要一下子考虑完整,是比较难的。这就是各个人观点众说纷纭的缘故之一。但无论如何,这个问题不是什么未曾解决的问题,也不是具有新物理本质的问题,更加不是什么前沿问题。一个古老的综合性习题罢了。
JIAN QI SHEN, ZJU 2010-7-22

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