國立台灣師範大學物理系 物理教學示範實驗教室(網站) 物理問題討論區 (黃福坤)
我們也針對科學教學建立開課系統:科學園,讓老師更方便運用網路科技輔助教學,歡迎教師多加利用! 中學物理(維基)
(學習物理不只是know HOW 更重要的是 know WHY, 歡迎參考聞名全球的物理動畫, 英文網頁NTNUJAVA以動畫為主) 白話物理
關鍵詞 最近 物理名詞中英檢索 無法登入或系統功能不正常回報
討論區首頁 >>1997/6月-2001/4月間 問題討論區資料 >>林老師的專屬討論區>>自然界為什麼會有擴散現象?(lin)
本區 註冊登入 者方可留言 備用網站網址 http://enjoy.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/
力學 標題:自然界為什麼會有擴散現象?(lin)
1:lin (大學)張貼:1999-10-08 22:14:00:
張貼者:lin
lin 於 October 08, 1999 at 22:14:41 留言


日常生活中常可以發現液體或氣體有擴散現象:
1.香味或臭氣都會擴散,可是是什麼原因促使他們一定要擴散呢?是因為所有的氣體分子都會因彼此互相排斥而漸行漸遠嗎?
2.空氣中的液體─水、酒精等,為何也會揮發變成氣體,然後又往四面八分擴散呢?是不是其組成份子也都會彼此排斥,所以從液體中戰到空氣中,一直互相排斥著?
3.用鹽巴醃漬食物時,食物中的水為何會從食物中跑出來呢?是不是氯化鈉與水分子的吸引力大於水與食物之間的吸引力?
4.如果上述論點正確,那麼提供此排斥力或吸引力的能量來源又是什麼呢?照理來說分子應該是中性不帶電的,應該沒有因帶同性電而產生排斥或帶異性電而產生吸引力的理由呀?
還請老師指導指導,謝謝!

2:lin (大學)張貼:1999-10-09 19:39:00: [回應上一篇]
張貼者:黃福坤
黃福坤 於 October 09, 1999 at 19:39:31 留言

回應 lin 於 October 08, 1999 at 22:14:41:

的意見 :
:日常生活中常可以發現液體或氣體有擴散現象:
:1.香味或臭氣都會擴散,可是是什麼原因促使他們一定要擴散呢?是因為所有的氣體分子都會因彼此互相
:排斥而漸行漸遠嗎?
不論是液體或氣體都是由原子或分子組成,從微觀而言,
當個別分子或原子的動能較低時(也就是巨觀的溫度較低時)
原子或分子由於電磁作用力會相互吸引靠近,而使得各組成分子間位置相當接近時,
形成各種鍵結時,便是巨觀的固態(體)。此時各鄰近組成分子間彼此相互影響。
當該物體受到加溫時,個別組成份子逐漸增加動能(也就是溫度逐漸增加)
使得組成分子間的距離也漸增,當達到某特定溫度時,所增加的能量將用以破壞鍵結
(也就是固態轉為液態時)此時溫度並不改變,當最後所有鍵結都被破壞便形成液態。
此時組成份子間仍然有相互吸引力,但是個別的動能使得組成份子間相互碰撞而維持距離。
溫度漸增(繼續加入)組成份子動能也漸增,組成份子間距離漸增,
此時每個組成份子仍然受到鄰近其它組成粉子的影響(有交互作用相互吸引),因此仍維持一定體積。
直到汽化後,此時個別組成份子間幾乎不受到其它份子影響,而單獨運動。
可參考理想氣體的分子模型
當某處有香味或臭味時,表示該處某特定分子的濃度相對較高。
氣體分子間只會因為碰撞而相互作用,因此自然向各處平均分散,可參考以下動畫。

:2.空氣中的液體─水、酒精等,為何也會揮發變成氣體,然後又往四面八分擴散呢?
:是不是其組成份子也都會彼此排斥,所以從液體中戰到空氣中,一直互相排斥著?
讓我們考慮一杯水,水面下的水分子受到鄰近的水分子作用,但是水面的水分子所受到的作用力有何不同呢?
況且相同溫度時每個水分子的動能也不盡相同(只是某特定溫度時,有對應的平均值)
若表面的某水分子的動能特別大時,是否可脫離其它水分子的影響,而脫逃離開
(以就是蒸發變成氣體份子),但是空氣中的水蒸氣也可能跑到水面時,不小心被水裡的水分子吸引而加入。
這也就牽涉到空氣中的濕度問題。濕度高低不同則揮發(蒸發)速率不同。

:3.用鹽巴醃漬食物時,食物中的水為何會從食物中跑出來呢?
:是不是氯化鈉與水分子的吸引力大於水與食物之間的吸引力?
鹽巴的吸水性平常應該很容驗證。

:4.如果上述論點正確,那麼提供此排斥力或吸引力的能量來源又是什麼呢?照理來說分子應該是中性不帶
:電的,應該沒有因帶同性電而產生排斥或帶異性電而產生吸引力的理由呀?
例如 氯化鈉 。氯最外層少了一個電子才是滿組態。而鈉則最外層電子是單獨多出來的。因此多相配呢?自然相吸引而結合。
以上作用不在於排斥,而是在於吸引力的強弱,若來了另一個更強更具吸引力的對手,自然會形成新的組合。不是嗎?


3:lin (大學)張貼:1999-10-12 18:09:00: [回應上一篇]
張貼者:lin
lin 於 October 12, 1999 at 18:09:24 留言

回應 黃福坤 於 October 09, 1999 at 19:39:31:

的意見 :
關於水的揮發:我歸納為水分子因吸收熱能而汽化或受空氣中的任何分子吸引而汽化
1.假設放一杯水於空氣中,因為熱能來自四面八方,所以不管杯底或哪部分的水先獲得能量,都會因體積變大密度變輕,而浮到水面,等到能量足了再脫離杯子而變成水蒸氣,也就是說水要揮發的先決條件是要獲得能量,我想熱能也是能量的一種,所以水周圍的溫度高可以加速水的揮發,這樣講應該沒錯吧?
2.可是,切開的檸檬,放進冰箱後,他所處的卻是個溫度極低的環境,那麼又為何會使檸檬中的水分蒸發(檸檬變乾了)呢?
難道說冰箱內流動的冷空氣與水分子的吸引力較大?why?
還是說流動的冷空氣因不斷撞擊檸檬而給了檸檬上水分子能量?(就像被低溫的冰塊打大也算獲得能量一樣)?還是有其他原因?
3.從烤箱剛烤出來的花生仁是軟的,必須在空氣中放置一會兒才會變硬,是不是代表此時花生組成份子的鍵結稍被破壞且此時花生仁中的水分也因得到能量而跑光了,但是繼續放在空氣中等溫度降低後又會跟空氣中的水分子結合而變軟,這樣推測對嗎?

謝謝老師的費心!


4:lin (大學)張貼:1999-10-15 09:07:00: [回應上一篇]
張貼者:黃福坤
黃福坤 於 October 15, 1999 at 09:07:16 留言

回應 lin 於 October 12, 1999 at 18:09:24:

的意見 :
>關於水的揮發:我歸納為水分子因吸收熱能而汽化或受空氣中的任何分子吸引而汽化
>1.假設放一杯水於空氣中,因為熱能來自四面八方,所以不管杯底或哪部分的水先獲得能量,
>都會因體積變大密度變輕,而浮到水面,等到能量足了再脫離杯子而變成水蒸氣,也就是說水
>要揮發的先決條件是要獲得能量,我想熱能也是能量的一種,所以水周圍的溫度高可以加速水
>的揮發,這樣講應該沒錯吧?

我所談的微觀指的是個別氣體分子。此時不在視為液體很難去說『浮力』。
各水分子具有動能而會相互碰撞,於是能量會轉換。當某分子特別接受更多動能,
恰好又接近水面,且動能超過水分子間位能就可能會跑出去而汽化。
若水溫增加 則汽化機率會較高。


>2.可是,切開的檸檬,放進冰箱後,他所處的卻是個溫度極低的環境,那麼又為何會使檸檬中
>的水分蒸發(檸檬變乾了)呢?
>難道說冰箱內流動的冷空氣與水分子的吸引力較大?why?
>還是說流動的冷空氣因不斷撞擊檸檬而給了檸檬上水分子能量?(就像被低溫的冰塊打大也算
>獲得能量一樣)?還是有其他原因?
我前次提過 除了水會蒸發成氣體,水氣也會液化。
汽化速率 = 揮發速率 - 液化速率
空氣中的濕度低,則相同溫度下 感覺水揮發的較快。因為由水氣轉為水的速率減低了。

冷氣以及冰箱除了降溫,也有除濕作用。因為濕度低,揮發速率大於 液化速率 則 仍會脫水。

一杯冰水,因為溫度降低 揮發速率小於當時 液化速率 於是杯子外圍會有水氣。

>3.從烤箱剛烤出來的花生仁是軟的,必須在空氣中放置一會兒才會變硬,是不是代表此時花生
>組成份子的鍵結稍被破壞且此時花生仁中的水分也因得到能量而跑光了,但是繼續放在空氣中
>等溫度降低後又會跟空氣中的水分子結合而變軟,這樣推測對嗎?
關於鍵結的問題我不清楚。
從烤箱剛烤出來的花生溫度較高,之後溫度會較低。
當動能稍高時,分子間距離增加 則內聚力變弱,感覺結構較不堅硬(軟)
溫度低則 ...

放在大氣中太久會吸收水氣。

5:lin (大學)張貼:1999-10-15 22:07:00: [回應上一篇]
張貼者:lin
lin 於 October 15, 1999 at 22:07:04 留言

回應 黃福坤 於 October 15, 1999 at 09:07:16:

的意見 :
再跟老師談談冰箱中蔬果脫水的問題:我認為冰箱中蔬果水分的揮發速度與液化速度都會變低
1.因為在冰箱中溫度較低,沒有提供能量(此處指熱能)使水分子汽化,所以水分的『揮發速率』也較慢。
2.冰箱之所以會有除濕弁酮O因為含有水分的空氣會被帶到冷凝管周圍,於是其中的水蒸氣被冷卻而變成了水,所以冰箱中的水氣會越來越少,這是空氣變乾燥(即溼度變低)的原因,也可以說水分一從蔬果汽化脫離後就被帶往冷凝管附近而液化了,所以冰箱中的水氣變少,使得會被蔬果中的水分子吸引而液化的個數減少了,所以『液化速率』就變低了。
3.汽化速率 = 揮發速率 - 液化速率:雖然冰箱中的揮發速度降低了(20→15單位),但因為液化速度降的更多(10→2單位),所以相對的其整體的汽化速率(10→13單位)還是比放在空氣中增高了。(其中的速率單位是我自己假設的)
不曉得我這樣的推論對不對,敬請指導,謝謝!

6:lin (大學)張貼:1999-10-16 08:35:00: [回應上一篇]
張貼者:黃福坤
黃福坤 於 October 16, 1999 at 08:35:30 留言

回應 lin 於 October 15, 1999 at 22:07:04:

的意見 :
我同意你最後的看法。水汽化速率 = 揮發速率 - 液化速率
重點在最後的值是正還是負。決定水會增加還是減少(成水氣)

7:lxg6226榮譽點數5點 (國小)張貼:2009-04-26 12:50:42: [回應第1篇]

1.香味或臭氣都會擴散,可是是什麼原因促使他們一定要擴散呢?是因為所有的氣體分子都會因彼此互相排斥而漸行漸遠嗎?

首先,我不同意黃老師的說法。香味源或臭味源是否擴散與否?答案是不確定的。我們以香氣為例。如果在一個密閉的房間已經充滿了這種味道的香氣,香氣源的溫度和壓力和房間的溫度和壓力相同,這時,香氣源的濃度和房間的香氣濃度只有三種情況:

1.如果香氣源的濃度大於這個房間的香氣濃度

那麼由於兩種不同濃度的香氣之間處於一種非平衡態的熱力學過程,即使房間的香氣濃度等於零,它們二者之間都一定會發生混合現象,並且香氣源的擴散過程,始終嚴格地遵循傅立葉熱力學狀態的擴散方程。直到處處濃度一致才會停止擴散混合的物理過程,所花費的弛豫時間,根據初始條件、邊界條件和狀態條件來具體求解傅立葉的熱力學狀態的擴散方程可得。

 

2.如果香氣源的濃度等於這個房間的香氣濃度 

那麼由於兩種香氣濃度相等,它们二者之間處於一種平衡態的熱力學過程,所以它們二者之間絕不會發生混合,香氣源沒有任何擴散過程的進行,始終嚴格保持原有的熱力學狀態不變,香氣分子只有熵最大的布朗運動。

 

3.如果香氣源的濃度低於這個房間的香氣濃度

那麼由於兩種不同濃度的香氣之間處於一種非平衡態的熱力學過程,它們二者之間一定會發生混合現象,並且發生的是房間向著香氣源的擴散過程,直到處處濃度一致才會停止這種擴散混合的物理過程,所花費的弛豫時間,根據初始條件、邊界條件和狀態條件來具體求解傅立葉的熱力學狀態的擴散方程可得。

 

要點:決不可將“非平衡態熱力學”的問題,和“平衡態熱力學”的問題混為一談,涇渭不分!

 



[ 這篇文章被編輯過: lxg6226 在 2009-04-26 12:40:32 ]
Quote:
在 1999-10-08 22:14:00, lin 寫了: 張貼者:lin lin 於 October 08, 1999 at 22:14:41 留言


日常生活中常可以發現液體或氣體有擴散現象:
1.香味或臭氣都會擴散,可是是什麼原因促使他們一定要擴散呢?是因為所有的氣體分子都會因彼此互相排斥而漸行漸遠嗎?
2.空氣中的液體─水、酒精等,為何也會揮發變成氣體,然後又往四面八分擴散呢?是不是其組成份子也都會彼此排斥,所以從液體中戰到空氣中,一直互相排斥著?
3.用鹽巴醃漬食物時,食物中的水為何會從食物中跑出來呢?是不是氯化鈉與水分子的吸引力大於水與食物之間的吸引力?
4.如果上述論點正確,那麼提供此排斥力或吸引力的能量來源又是什麼呢?照理來說分子應該是中性不帶電的,應該沒有因帶同性電而產生排斥或帶異性電而產生吸引力的理由呀?
還請老師指導指導,謝謝!


 

自然界為什麼會有擴散現象?這是因為自然界中在某些局域時空上,常常會有遠離平衡態的發生。研究這一大類的自然現象,包括非常重要的核力發電過程中的“中子擴散”等等,一律都是屬於“非平衡態熱力學”的研究範疇。經典熱力學分為三大塊:“平衡態熱力學”;“漸進平衡態熱力學”和“非平衡態熱力學”。你所提出的問題,請學習“非平衡態熱力學”吧!

 

謝謝

 


本區 註冊登入 者方可留言 回首篇留言
黃福坤 修改,轉成中文版面並增加功能 從2011/06/15起
對本討論區有何疑問 請 管理區:onlineid=35146874:time=1603854328/Oct:28 11:10:page time=0s