Является ли сила градиента давления энтропийной силой?

Газ течет из области высокого давления в область низкого давления, когда этому не препятствуют никакие другие силы. С макроскопической точки зрения вы должны сделать вывод, что основная сила ускоряет газ до низкого давления.

Следующая анимация показывает контейнер, наполненный воздухом, который сначала разделен барьером посередине. Обе стороны имеют одинаковую температуру, но левая сторона имеет плотность в два раза больше, чем правая, и, следовательно, имеет более высокое давление.

введите описание изображения здесь

Когда барьер удален, больше молекул перемещается из высокого давления (слева) в низкое давление (справа), чем из низкого давления в высокое давление. Это создает чистое движение молекул к низкому давлению, которое макроскопически измеряется как поток газа. Важная часть заключается в том, что молекулы не перемещаются в область низкого давления, потому что они ускоряются основной силой; они статистически перемещаются туда из-за своего теплового движения. Молекулы статистически перемещаются туда, где меньше сопротивление столкновениям, что обычно происходит в направлении области с более низкой плотностью или более низкой температурой.

Сила градиента давления, по-видимому, ускоряет газ в макроскопическом масштабе, но основной силы, ускоряющей молекулы, нет. На мой взгляд, сила градиента давления является энтропийной силой; она не существует в микроскопическом масштабе. Это происходит из-за тенденции системы к достижению термодинамического равновесия, которое основано на стремлении тепловых движений молекул привести систему к ее макроскопическому состоянию максимальной энтропии.

Что ты говоришь?

Вы правы, это энтропийная сила .
Именно так выглядит первый пример в соответствующей статье в Википедии. Какие ответы вы ищете здесь? "Ты прав." слишком короткий, чтобы даже представить его в качестве ответа.
@ACuriousMind: я провел обширный поиск и не смог найти ничего, что связывало бы силу градиента давления и энтропийную силу. Нечасто подчеркивается, что ветер в основе своей является броуновским движением. Диффузия часто упоминается как имеющая энтропийное происхождение, но не ветер, хотя оба они следуют одному и тому же принципу.

Ответы (1)

нет никакой основной силы, которая ускоряет молекулы. На мой взгляд, сила градиента давления является энтропийной силой; она не существует в микроскопическом масштабе.

Существуют силы , действующие в микроскопическом масштабе. Это силы, обусловленные стенкой, действующие на молекулы во время их ударов о стенку. Без них не было бы чистой транспортировки газа в любом направлении; центр масс газа оставался бы неподвижным, а молекулы красного и синего цвета проникали бы в новые области пространства и смешивались. Только потому, что стенки должны быть неподвижными и воздействовать на молекулы с силами, происходит чистый перенос газа.

Если молекулы не сталкиваются друг с другом или столкновения слишком редки, смешивание не может быть точно описано континуальной теорией с одной плотностью и одним полем скоростей; газ плохо описывается как жидкость, и тогда понятие плотности силы в газе не очень полезно. Имеет смысл только сила давления со стороны стены.

Если столкновения молекул достаточно часты, газ ведет себя как континуум в том смысле, что его можно точно описать описанием жидкости с одной плотностью и одним полем скоростей. Например, обычный воздух обычно подходит под такое описание.

В случае, когда два таких газа с разным давлением находятся во взаимном контакте (без барьерной стенки), можно использовать понятие плотности силы, разгоняющей элементы газовой жидкости. Это не имеет ничего общего с энтропией; он определяется как сумма ударных сил, действующих на элемент со стороны других молекул вне его, деленная на объем элемента.

Можно ли сказать, что анимация является точным представлением ветра в атмосфере (как массовый поток от высокого давления к низкому)? Другими словами, возникает ли ветер, когда случайное движение молекул становится слегка «упорядоченным»?
Если вы имеете в виду анимацию выше в своем сообщении с вопросом, я не думаю, что это точное представление ветра. Ветер — это макроскопическое явление, которое более точно представлено жидкостной моделью воздуха.
@ JánLalinský Если сила градиента давления «не имеет ничего общего с энтропией», то неужели комментаторы говорят, что это энтропийная сила, неверно?
@electronpusher В жидкостном режиме, когда столкновения влияют на газ, градиент давления действует как реальная сила на газовые элементы, поэтому «энтропийная сила» является лишним понятием. Можно по-прежнему утверждать, что давление является энтропийной силой, потому что оно проявляется в выражении изменения энтропии, но это скорее сбивает с толку, чем полезно. Если газ настолько разрежен, что взаимные столкновения неэффективны (транспорт находится в так называемом баллистическом режиме, режиме Кнудсена), то, может быть, разговор об «энтропийной силе» имеет какое-то значение, но и тут я не уверен.
Является ли сила градиента давления энтропийной силой?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v