弛豫时间
grxlj · 2008-10-31 11:59 · 38632 次点击
弛豫时间(relaxationtime)
处于平衡态的系统受到外界瞬时扰动后,经一定时间必能回复到原来的平衡态,系统所经历的这一段时间即驰豫时间。以τ表示。实际上弛豫时间就是系统调整自己随环境变化所需的时间。利用弛豫时间可把准静态过程中其状态变化“足够缓慢”这一条件解释得更清楚。只要系统状态变化经历的时间Δt与弛豫时间τ间始终满足,则这样的过程即可认为是准静态过程。弛豫时间与系统的大小有关,大系统达到平衡态所需时间长,故弛豫时间长。弛豫时间也与达到平衡的种类(力学的、热学的还是化学的平衡)有关。一般说来,纯粹力学平衡条件破坏所需弛豫时间要短于纯粹热学平衡或化学平衡破坏所需弛豫时间。例如气体中压强趋于处处相等靠分子间频繁碰撞交换动量。由于气体分子间的碰撞一般较频繁(标准状况下1个空气分子平衡碰撞频率为6.6×109次/秒),加之在压强不均等时总伴随有气体的流动,故τ一般很小,对于体积不大的系统其τ约为10-3s,量级甚至更小。例如转速n=150转/分的四冲程内燃机的整个压缩冲程的时间不足0.2s,与10-3s相比尚大2个数量级,可认为这一过程足够缓慢,因而可近似地将它看做准静态过程。但是在混合气体中由于扩散而使浓度均匀化需要分子作大距离的位移,其弛豫时间可延长至几分钟甚至更大。
我们可利用声速来简便地判别τ的数量级,由于系统受到外界的力学扰动后,该扰动将以声波方式在系统内来回传播,我们可预期该声波传送几个来回后即可达到新的平衡态。若系统的线度为L,声速为c,则
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例如:若L=0.3m,c=300m/s,则τ为10-3s的数量级。