• 熱泳

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    熱泳

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    熱泳(也稱為熱遷移、熱擴散、Soret 效應或 Ludwig–Soret 效應)是在移動粒子混合物中觀察到的一種現象,其中不同粒子類型溫度梯度力表現出不同的響應。 這種現象傾向于將輕分子移動到熱區域,將重分子移動到冷區域。 術語熱泳最常用于平均自由程 λ {\displaystyle \lambda } 與其特征長度尺度 L {\displaystyle L} 相當的氣溶膠混合物,但也通常指物質所有相中的現象 . 術語 Soret 效應通常適用于液體混合物,與氣體混合物相比,液體混合物根據不同的、不太為人所知的機制表現。 熱泳可能不適用于固體中的熱遷移,尤其是多相合金

    熱泳力

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    在一毫米或更小的尺度上觀察到該現象。 一個可以在良好照明條件下用肉眼觀察到的例子是當電加熱器的熱棒被煙草煙霧包圍時:煙霧從熱棒附近消失。 當最靠近熱棒的空氣小顆粒被加熱時,它們會沿著溫度梯度快速離開棒。 它們以更高的溫度獲得了更高的動能。 當它們與煙草煙霧中移動較慢的大顆粒碰撞時,它們會將后者推離桿。 將煙霧顆粒推離桿的力是熱泳力的一個例子,因為環境條件下空氣的平均自由程為 68 nm,特征長度尺度在 100-1000 nm 之間。

    當粒子從熱區移動到冷區時,熱擴散被標記為正值,反之則為負值。 通常,混合物中較重/較大的物質表現出積極的熱泳行為,而較輕/較小的物質表現出消極的行為。 除了各種類型顆粒的大小和溫度梯度的陡度外,顆粒的導熱性和吸熱性也很重要。 最近,Braun 及其同事提出,分子水合殼的電荷和熵對水溶液生物分子的熱泳動起著重要作用。

    定量描述由下式給出:

    ? χ ? t = ? ? ( D ? χ + D T χ ( 1 ? χ ) ? T ) {\displaystyle {\frac {\partial \chi }{\partial t}}=\nabla cdot (D\,\nabla \chi +D_{T}\,\chi (1-\chi )\,\nabla T)}

    χ {\displaystyle \chi } 粒子濃度; D {\displaystyle D} 擴散系數; D T {\displaystyle D_{T}} 是熱擴散系數。 兩個系數的商

    S T = D T D {\displaystyle S_{T}={\frac {D_{T}}{D}}}

    稱為索雷系數。

    熱泳因子是根據源自已知分子模型的分子相互作用勢計算得出的

    應用

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    熱泳力有許多實際應用。 應用的基礎是,由于不同類型的粒子在溫度梯度力作用下運動不同,粒子類型混合在一起后可以通過該力分離,或者如果它們已經分離則阻止混合 .

    雜質離子可能會從半導體晶片的冷側向熱側移動,因為較高的溫度使得原子躍遷所需的過渡結構更容易實現。 擴散通量可能發生在任一方向(向上或向下溫度梯度),具體取決于所涉及的材料。 熱泳力已用于商業除塵器中,用于類似于靜電除塵器的應用。 它被用于在真空沉積過程中制造光纖。 它作為結垢的傳輸機制可能很重要。 熱泳也被證明具有促進藥物發現的潛力,它允許通過比較目標分子的結合運動與未結合運動來檢測適體結合。 這種方法被稱為微型熱泳法。 此外,熱泳法已被證明是一種通用技術,可通過光誘導的局部加熱在微通道和納米通道中操縱單個生物大分子,例如基因組長度 DNA 和 HIV 病毒。 熱泳是場流分級分離不同聚合物顆粒的方法之一。

    熱遷移

    歷史

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    1870 年,John Tyndall 首次觀察并報告了氣體混合物中的熱泳,1882 年由 John Strutt(Baron Rayleigh)進一步理解。Carl Ludwig 于 1856 年首次觀察和報道了液體混合物中的熱泳,Charles Soret 在 1879.

    詹姆斯·克拉克·麥克斯韋 (James Clerk Maxwell) 在 1873 年寫道,關于不同類型分子的混合物(這可能包括比分子大的小顆粒):

    這種擴散過程……在氣體和液體中甚至在 s 中都在進行。

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    1. 熱泳
    2. 熱泳力
    3. 應用
    4. 歷史

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