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兰州大学 汪志诚 在《热力学·统计物理》(第三版)第456页写道:“平衡态气体的整体运动只能是恒速平动”
[楼主] 作者:541218  发表时间:2012/03/23 21:43
点击:1118次

兰州大学 汪志诚 在《热力学·统计物理》(第三版)第456页写道:"平衡态气体的整体运动只能是恒速平动"

也就是说,气体系统的整体质心一旦发生加速运动,气体系统就不再处于热力学平衡态,即不再处于均温状态;因为汪志诚在本书的第455页写道:“平衡态系统的温度必须是均匀的”。

依据“等效原理”  匀加速度运动状态等效于静止在重力场中,所以静止在重力场中的绝热封闭的理想气体内部必然存在着正比于力场强度的温度梯度。这说明 引力温梯论 与 汪志诚的说法互相印证!

汪志诚的著作内容是介绍著名的波耳兹曼H大定理的直接推论。

看来 黄国友 又要去搧兰州大学汪志诚的耳光 和 波耳兹曼 的耳光 唯有黄国友最正确!

 

用如下的思路可以立即推导出 加速运动的气体系统不可能处于热力学平衡态即必将出现温度梯度。

 

在力场中每个(理想气体)分子(在自由程中)都服从  (热运动)动能定理 ▽E=m(g-a);设 分子的热运动动能表示成  E=(mu^2)/2;其中m为分子量,u为分子相对于小局域气团的质心的运动速度,即有 u=v-C;其中v为分子的平动速度;C则为气团质心的平动速度;g表示外场加速度,a为(小气团)质心加速度。

(∑E)/n=βT    表示    分子动能的平均值正比于其温度T;β为比例系数;∑"求和"的运符;n表示分子数,T表示当地温度。

∑▽E= ▽∑E  表示"求和"与"梯度"这两种"算符"位置的交换并不影响其结果;其中▽即表示"梯度"。

μMg=(∑▽E)/n=β▽T = -μV▽p  中含有静力平衡条件 V▽p+Mg=0;M=Nm,其中N为分子的摩尔数;因为 g≠0;

故因有μMg=(∑▽E)/n=β▽T ,故知 ▽T≠0;又因V▽p+Mg=0,故知▽p ≠0,再由状态方程得,

V▽p+p▽V=R▽T ;故知 p▽V=R▽T-V▽p=(1-Rμ/β)Mg≠0;即▽V≠0;其中V表示摩尔体积,固有Vρ=1;这里ρ则表示摩尔数密度。这里▽V≠0表示,在力场中气体的密度梯度不等于零。

   所有这些都是数理逻辑的结果;这里利用了:

静力平衡条件 , 状态方程 (含动能温度约定式【(∑E)/n=βT】), 动能定理 ;

获取 力场温梯关联式(μMg=β▽T≠0)以及p▽V=(1-Rμ/β)Mg≠0,V▽p =-μMg≠0。

【例题一】参照本文的讨论;解答 自由下落的气球内部为何并无密度梯度、压力梯度,更无温度梯度。

答:依据(热运动)动能定理 ▽E=m(g-a);可知,虽然自由下落的气球内部的每个分子一直在重力的作用下于自由程中作自由下落运动其加速为-g,而气球质心也在做自由下落运动其加速度也是-g,所以其热运动动能梯度等于▽E=m(g-a)=0,因为g-a=0;再仿照上述计算方法可知也就不存在压力梯度和温度梯度。

例题二】参照本文的讨论;解答 在太空中(无力场空间)做加速运动的气球内部为何出现密度梯度、压力梯度以及温度梯度。

答:依据(热运动)动能定理 ▽E=m(g-a);可知,虽然外力场等于零,即g=0,但其质心的加速度a并不等于零a≠0

所以存在着热运动动能梯度▽E=m(0-a)≠0;当然也就存在着压力梯度、密度梯和温度梯度即不再处于“热力学平衡态”(或曰不再处于“均温状态”)。这依据“等效原理”也等效于处在重力场中的结果。

【习题一】参照本文的讨论及例题;解答 在太空中(无力场空间)做旋转运动的气球内部为何出现密度径向梯度、压力径向梯度以及温度径向梯度?

【习题二】参照本文的讨论及例题;解答 在地球表面,静止着的气球内部为何出现密度铅垂梯度、压力铅垂梯度以及温度铅垂梯度?

【习题三】 论证静态大气层不存在密度水平梯度。

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