Почему воздух остается смесью?

Как мы все знаем, воздух состоит из многих газов, включая кислород и углекислый газ. Я обнаружил, что углекислый газ тяжелее O 2 . Пренебрегает ли разница в объеме разностью масс? Это то же самое для всех других газов в воздухе или есть другая сила, которая удерживает все эти газы вместе?

Если я вдохну свежий воздух, будет ли выдыхаемый воздух тяжелее из-за более высокого содержания CO 2 ? Упадет ли на пол?

Даже малейшее инициирование возмущения стимулирует положительное изменение энтрофии и хаос. Объединение разных вещей. Когда вы распыляете духи посреди комнаты, они рассеиваются, даже если нет конвекции.
Да, Тугрул, но наливание масла в чашку с водой не сделает их рассеянными, так что это не всегда так, вопрос в том, почему именно с воздухом.
Вы правы, Маркус, возможно, энергия активации для вытеснения в чужеродную жидкость слишком высока, а вероятность этого очень мала. Но все же есть очень и очень мелкая фракция, которая может быть использована для воды и нефти.
Я задал другой вопрос, который похож. Не о том, что происходит с газом, который вы выдыхаете, а об общем распределении равновесной смеси идеальных газов с разными формульными массами. Хотя это часть общей картины, конвекция настолько важна для Земли, что крошечная вертикальная стратификация из-за разницы масс вряд ли имеет значение для повседневной жизни. физика.stackexchange.com/q/34785

Ответы (3)

Из ваших комментариев кажется, что вы фактически спрашиваете о том, «почему газы так легко смешиваются?»

Если такую ​​систему, как смесь газов, поддерживать при постоянной температуре в постоянном объеме , равновесное состояние соответствует минимуму свободной энергии Гельмгольца:

А "=" U − Т С

Как видите, для А достичь минимума либо энергия U должно уменьшаться или энтропия С должно увеличиваться (или и то, и другое на самом деле).

Минимизация энергии. Большая часть энергии обычных газов при нормальных условиях исходит от их кинетической энергии, определяемой температурой. Энергия за счет межмолекулярного потенциала незначительна. Таким образом, единственная возможность понизить энергию — это понизить гравитационную энергию. По сути, это потребовало бы, чтобы смесь полностью разделилась — тяжелые газы внизу, легкие газы вверху.

Максимизация энтропии Максимальная энтропия для рассматриваемой системы (при определенных условиях) подразумевает идеальную смесь, состояние наибольшего беспорядка. Это на самом деле то, что движет диффузией.

Итак, как вы видите, состояние равновесия — это компромисс между низкой энергией и высокой энтропией. Для газов побеждает энтропия, потому что разница в энергии между смесью и разделенным состоянием невелика (кроме гравитации, которая все еще мала).

В вашем примере с нефтью и водой ситуация обратная. В отличие от газов, значительная часть энергии в жидкостях исходит от межмолекулярных сил. Таким образом, существуют огромные различия в энергии взаимодействия вода-вода или вода-нефть, поэтому предпочтительнее делать раздельно, чтобы значительно минимизировать энергию.

+1 место. Межмолекулярные силы более важны в жидкостях, потому что среднее межмолекулярное расстояние намного короче.
Я так понимаю - снижение гравитационного притяжения заставит газы расслоиться? Это объяснило бы, почему воздух стратифицирован в более высоких слоях атмосферы, данные, связанные с Жермесом. Но для меня это не имеет смысла, так как гравитация — это сила, которая в первую очередь заставляет вещества расслаиваться!
"понизить гравитационную энергию" --- означало понизить энергию газа в гравитационном поле путем расслоения газа, г не меняется, меняется конфигурация газа. Это все равно, что сказать о снижении гравитационной энергии камня, сдвинув его с холма.
О, извините, мне было трудно понять гравитационную энергию, пока я не поискал ее в вики и не обнаружил, что это то, что я знаю под «потенциальной энергией». Может быть, я должен указать, что я невежественен в физике: D. Спасибо за Ваш ответ, но я принимаю ответ Жермеса. Хотя я хотел бы принять и то, и другое.

CO 2 в среднем уравновешивается немного ниже, чем O 2 в гравитационном поле. Но разница в силе гравитации очень мала по сравнению со случайным тепловым движением молекул, поэтому в повседневной жизни этим эффектом практически можно пренебречь.

В контексте атмосферы в целом это может быть значительным эффектом (например, эта ссылка ), а в контексте астрофизики это может быть очень важным (например, эта статья или эта ).

Итак, как я понимаю, существуют случайные факторы, такие как ветер, нагретая поверхность, химические реакции на/около поверхности, которые делают воздух под мезосферой смешанным? Мне также интересно, если я возьму два пустых (только вакуум внутри) контейнера, открою их на противоположных сторонах моей комнаты, а затем закрою их и проверю на наличие газов в лаборатории, будут ли они оба почти идеальными, или различия могут быть на самом деле существенными? ?
Вы правы, но самым большим фактором, поддерживающим смешивание газов, является их тепловая энергия — каждая молекула летает случайным образом, потому что она горячая (даже в «холодных» верхних слоях атмосферы она все еще движется быстро), и это поддерживает хорошее перемешивание. Если бы вы проводили эксперименты с контейнерами на противоположных сторонах комнаты, они всегда были бы почти идентичными (никакое устройство не могло бы измерить разницу). Есть, о 10 3 3 частицы, которые были бы захвачены — статистика их смешивания очень сильна.

Выдыхаемый воздух легче, потому что он горячее, и это компенсирует разницу в плотности CO2. Но если у вас есть чистый CO2, он упадет, прежде чем рассеется в окружающем воздухе --- есть обычная демонстрация наливания CO2 на свечу, чтобы потушить ее, вы можете сделать это, как если бы вы наливали воду, CO2 вытесняет кислород и свеча гаснет.

Почему воздух остается смесью?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v