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國內(nèi)青年破解費曼難題，從分子層面闡釋液體蒸發(fā)（氣液相變）微觀過程 已有2人參與
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液體蒸發(fā)是最常見的氣液相變，但人們對蒸發(fā)過程中分子如何逃離液體表面的微觀過程尚不完全清楚。費曼在他的物理學(xué)講義（第一卷）中寫道“求解液體蒸發(fā)過程是無比復(fù)雜的，原因在于涉及的分子數(shù)目非常巨大”。費曼的難題目前只能借助分子動力學(xué)模擬，且計算機(jī)模擬的結(jié)果還不太理想。 近日來自甘肅嘉峪關(guān)和湖南長沙的2位青年研究者聯(lián)合提出了一種氣液相變理論，從單個分子角度對液體蒸發(fā)過程進(jìn)行了微觀闡釋，并實現(xiàn)對近臨界蒸發(fā)潛熱和臨界體積的精準(zhǔn)預(yù)測。相關(guān)研究成果近期發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《流體相平衡》。 該研究提出了一種全新的液體蒸發(fā)微觀視角，即分子在蒸發(fā)過程中除了受到指向液體的分子間吸引力，還受到一個指向氣體的分子“浮力”，該“浮力”源自分子自身體積和周圍分子的不均勻碰撞。研究巧妙借鑒中學(xué)物理中的阿基米德定律求解了分子“浮力”，通過路徑積分變換消去了復(fù)雜的分子吸引力，進(jìn)而解析了液體分子蒸發(fā)的全過程，得出了蒸發(fā)潛熱的通用簡潔表達(dá)式，使費曼難題可以用普通科學(xué)計算器求解。已驗證的40余種常見物質(zhì)在近臨界溫區(qū)都精確遵循該理論。 該研究提出一個尚未被人們發(fā)現(xiàn)的氣液臨界點物理定律（屬熱力學(xué)領(lǐng)域），為進(jìn)一步研究探索氣液相變臨界現(xiàn)象提供了理論支點。 研究還修正了范德瓦爾斯對流體壓強(qiáng)的微觀闡釋，提出了氣液界面的形成機(jī)理，并提出了玻爾茲曼分布的更準(zhǔn)確修正形式。 |
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