周艳丽，王 超，陈英才

（台州学院 物理与电子工程学院，浙江 台州 318000）

理想气体扩散的Monte Carlo模拟

周艳丽，王 超，陈英才

（台州学院 物理与电子工程学院，浙江 台州 318000）

用Monte Carlo方法模拟了理想气体系统通过一小孔的扩散。模拟直观展现了气体分子通过小孔的扩散过程。模拟结果表明，一旦经过扩散达到平衡，系统将不会再回到最初的分布，这说明扩散过程是一个不可逆过程；在扩散过程中，系统的混乱程度不断增大。气体扩散快慢与初始分子数以及小孔的尺寸有关。初始分子数越多，小孔尺寸越大，扩散过程进行的就越快。模拟结果与菲克定律一致。

理想气体；扩散；菲克定律；Monte Carlo 模拟

1 工程概况

热学是大学物理的重要组成部分。在许多高校，热学部分的讲授通常侧重于热力学系统的平衡态问题，而对于非平衡态过程，考虑到需要用大量抽象的概念和数学推导，因此往往只做定性介绍。这明显不利于学生对热力学系统非平衡态过程的认识和理解。扩散是一种典型的非平衡态过程。在本文中，我们利用Monte Carlo方法对理想气体的扩散进行模拟，直观展现扩散过程的特点。Monte Carlo模拟又称统计模拟，是一种采用统计抽样理论近似求解物理或数学问题的方法。［1］该方法在科学研究中有广泛的应用，近年来也常被用于教学研究。［2-7］

所谓扩散是指：在混合气体内部，当某种气体的密度分布不均匀时，该气体分子由密度大的地方向密度小的地方移动的过程。［8］扩散实际是质量转移的过程。……