輸送現象(transport phenomena)

化學工程學的輸送現象(transport phenomena),本質上就是非平衡態的統計力學。

牛頓流體特性的基本方程式,傅立葉定律,Fick 第一定律,這三條「梯度驅動—線性響應」的經驗式,就是非平衡統計力學最簡版「constitutive relation」。

現象 宏觀經驗定律 微觀統計機制
動量傳遞 Newton 流體τ = μ (du/dy) 分子速度的隨機波動在 y 方向有不對稱分佈,造成淨動量通量
熱傳導 Fourier 熱傳律 q = −k (dT/dx) 能量較高/低的分子在空間上交換位置,統計平均後形成淨能量通量
物質擴散 Fick 第一定律 J = −D (dc/dx) 濃度梯度導致分子漫步機率失衡,結果呈現淨分子通量
在非平衡統計力學的語言裡,牛頓黏度律 τ = μ ∂u/∂y、傅立葉熱傳律 q = −k ∇T、以及 Fick 第一定律 J = −D ∇c,正是最簡潔的constitutive relations:把「微觀漲落」濃縮成「宏觀線性響應」的係數 (μ, k, D)。