气体和流体力学

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气体和流体力学之间的区别

气体 vs. 流体力学

气体是四种基本物质状态之一（其他三种分别为固体、液体、等离子体）。气体可以由单个原子（如稀有气体）、一种元素组成的单质分子（如氧气）、多种元素组成化合物分子（如二氧化碳）等组成。气体混合物可以包括多种气体物质，比如空气。气体与液体和固体的显著区别就是气体粒子之间间隔很大。这种间隔使得人眼很难察觉到无色气体。气体与液体一样是流体：它可以流动，可变形。与液体不同的是气体可以被压缩。假如没有限制（容器或力场）的话，气体可以扩散，其体积不受限制，沒有固定。气态物质的原子或分子相互之间可以自由运动。 氣體的特性介於液體和等离子体之間，氣體的溫度不會超過等离子体，氣體的溫度下限為簡併態夸克氣體，現在也越來越受到重視。高密度的原子氣體冷卻到非常低的低溫，可以依其統計特性分為玻色氣體和費米氣體，其他相態可以參照相態列表。. 流體力學（Fluid mechanics）是力學的一門分支，是研究流體（包含氣體、液體及等離子體）現象以及相關力學行為的科學。流體力學可以按照研究對象的運動方式分為流體靜力學和流體動力學，前者研究處於靜止狀態的流體，後者研究力對於流體運動的影響。流體力學按照應用範圍，分為：空氣力學及水力學等等。 流體力學是連續介質力學的一門分支，是以宏觀的角度來考慮系統特性，而不是微觀的考慮系統中每一個粒子的特性。流体力学（尤甚是流體動力學）是一個活躍的研究領域，其中有許多尚未解決或部分解決的問題。流體動力學所應用的數學系統非常複雜，最佳的處理方式是利用電腦進行數值分析。有一個現代的學科稱為計算流體力學，就是用數值分析的方式求解流體力學問題。是一個將流體流場視覺化並進行分析的實驗方式，也利用了流體高度可見化的特點。 理論流體力學的基本方程是纳维-斯托克斯方程，簡稱N-S方程，纳维-斯托克斯方程由一些微分方程組成，通常只有透過給予特定的邊界條件與使用數值計算的方式才可求解。纳维-斯托克斯方程中包含速度\vec.

固体

固體是物質存在的一種狀態，是四種基本物质状态之一。與液體和氣體相比，固體有固定的體積及形狀，形狀也不會隨著容器形狀而改變。固體的質地較液體及氣體堅硬，固體的原子之間有緊密的結合。固體可能是晶体，其空間排列是有規則的晶格排列（例如金屬及冰），也可能是無定形體，在空間上是不規則的排列（例如玻璃）。一般而言，固体是宏观物体，一个物体要达到一定的大小才能夠被称为固体，但是对其大小無明确的规定。 物理學中研究固體的分支稱為固体物理学，是凝聚态物理学的主要分支之一。材料科学探討各種常見固體的物理及化學特性。固體化學研究固體結構、性質、合成、表徵等的一門化學分支，也和一些固體材料的化學合成有關。.

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等离子体

--（又稱--）是在固態、液態和氣態以外的第四大物質狀態，其特性與前三者截然不同。 氣體在高溫或強電磁場下，會變為等離子體。在這種狀態下，氣體中的原子會擁有比正常更多或更少的電子，從而形成陰離子或陽離子，即帶負電荷或正電荷的粒子。氣體中的任何共價鍵也會分離。 由於等離子體含有許多載流子，因此它能夠導電，對電磁場也有很強的反應。和氣體一樣，等離子體的形狀和體積並非固定，而是會根據容器而改變；但和氣體不一樣的是，在磁場的作用下，它會形成各種結構，例如絲狀物、圓柱狀物和雙層等。 等離子體是宇宙重子物質最常見的形態，其中大部分存在於稀薄的星系際空間（特別是星系團內介質）和恆星之中。.

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统计力学

统计力学（Statistical mechanics）是一個以波茲曼等人提出以最大熵度理論為基礎，藉由配分函數 將有大量組成成分（通常為分子）系統中微觀物理狀態（例如：動能、位能）與宏觀物理量統計規律 （例如：壓力、體積、溫度、熱力學函數、狀態方程式等）連結起來的科学。如氣體分子系統中的壓力、體積、溫度。易辛模型中磁性物質系統的總磁矩、相變溫度、和相變指數。 通常可分為平衡態統計力學，與非平衡態統計力學。其中以平衡態統計力學的成果較為完整，而非平衡態統計力學至今也在發展中。統計物理其中有許多理論影響著其他的學門，如資訊理論中的資訊熵。化學中的化學反應、耗散結構。和發展中的經濟物理學這些學門當中都可看出統計力學研究線性與非線性等複雜系統中的成果。.

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黏度

黏度（Viscosity），是黏性的程度，是材料的首要功能，也称动力粘度、粘（滞）性系数、内摩擦系数。不同物质的黏度不同，例如在常温（20℃）及常压下，空气的黏度为0.018mPa·s(10^-5)，汽油为0.65mPa·s，水为1 mPa·s，血液（37℃）为4～15mPa·s，橄榄油为102 mPa·s，蓖麻油为103 mPa·s，蜂蜜为104mPa·s，焦油为106 mPa·s，沥青为108 mPa·s，等等。最普通的液体黏度大致在1～1000 m Pa·s，气体的黏度大致在1～10μPa·s。糊状物、凝胶、乳液和其他复杂的液体就不好说了。一些像黄油或人造黄油的脂肪很黏，更像软的固体，而不是流动液体。 黏滯力是流體受到剪應力變形或拉伸應力時所產生的阻力。在日常生活方面，黏滯像是「黏稠度」或「流體內的摩擦力」。因此，水是「稀薄」的，具有較低的黏滯力，而蜂蜜是「濃稠」的，具有較高的黏滯力。簡單地說，黏滯力越低（黏滯係數低）的流體，流動性越佳。 黏滯力是粘性液體內部的一種流動阻力，並可能被認為是流體自身的摩擦。黏滯力主要來自分子間相互的吸引力。例如，高粘度酸性熔岩產生的火山通常為高而陡峭的錐狀火山，因為其熔岩濃稠，在其冷卻之前無法流至遠距離因而不斷向上累加；而黏滯力低的鎂鐵質熔岩將建立一個大規模、淺傾的斜盾狀火山。所有真正的流體（除超流體）有一定的抗壓力，因此有粘性。 沒有阻力對抗剪切應力的流體被稱為理想流體或無粘流體。 黏度\mu定義為流體承受剪應力時，剪應力與剪應變梯度（剪應變隨位置的變化率）的比值，数学表述为： 式中：\tau为剪应力，u为速度场在x方向的分量，y为与x垂直的方向坐标。 黏度較高的物質，比較不容易流動；而黏度較低的物質，比較容易流動。例如油的黏度較高，因此不容易流動；而水黏度較低，不但容易流動，倒水時還會出現水花，倒油時就不會出現類似的現象。.

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邊界層

邊界層，又称附面层是一個流體力學名詞，表示流體中緊接著管壁或其他固定表面的部份。邊界層是由黏滯力產生的效應，和雷諾數Re有關。 一般提到的邊界層是指速度的邊界層。在邊界層外，流體的速度接近定值，不隨位置而變化。在邊界層內，在固定表面上流速為0，距固定表面越遠，速度會趨近一定值。.

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液体

液体（Liquid）是物质的四个基本状态之一（其它状态有固体、气体、等离子体），没有确定的形状，但有一定体积，具有移动与转动等运动性。液体是由经分子间作用力结合在一起的微小振动粒子（例如原子和分子）组成。水是地球上最常见的液体。和气体一样，液体可以流动，可以容纳于各种形状的容器。有些液体不易被压缩，而有些则可以被压缩。和气体不同的是，液体不能扩散布满整个容器，而是有相对固定的密度。液体的一个与众不同的属性是表面张力，它可以导致浸润现象。 液体的密度通常接近于固体，而远大于气体。因此，液体和固体都被归为凝聚态物质。另一方面，液体和气体都可以流动，都可被称为流体。虽然液态水在地球上很丰富，但在已知的宇宙中，液态并不是最常见的物态。因为液体的存在需要相对较窄的温度和压强范围。宇宙中最常见的物态是气体（如星际云气）和等离子体（如恒星中）。.

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温度

温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。溫度理論上的高極點是「普朗克溫度」，而理論上的低極點則是「絕對零度」。「普朗克溫度」和「絕對零度」都是無法通过有限步骤達到的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标（°C）、华氏温标（°F） 、热力学温标（K）和国际实用温标。 温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。值得注意的是，少數幾個分子甚至是一個分子構成的系統，由於缺乏統計的數量要求，是沒有溫度的意義的。 溫度出現在各種自然科學的領域中，包括物理、地質學、化學、大氣科學及生物學等。像在物理中，二物體的熱平衡是由其溫度而決定，溫度也會造成固體的熱漲冷縮，溫度也是熱力學的重要參數之一。在地質學中，岩漿冷卻後形成的火成岩是岩石的三種來源之一，在化學中，溫度會影響反應速率及化學平衡。大气层中气体的温度是气温（Atmospheric temperature），是氣象學常用名词。它直接受日射所影響：日射越多，氣温越高。 溫度也會影響生物體內許多的反應，恒温动物會調節自身體溫，若體溫升高即為發熱，是一種醫學症狀。生物體也會感覺溫度的冷熱，但感受到的溫度受風寒效應影響，因此也會和周圍風速有關。.

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