贝纳德对流花样beinade duiliu huayang

贝纳德对流实验所获得的花样。是法国科学家贝纳德(Benarob)于1900年首先完成的。一薄层液体，上下各保持一定的温度T1、T2。对液层中的分子来说，决定它们运动状态的是分子的无规则热运动行为和由于粘滞作用所产生的分子间的关联。当T₁＝T₂时，流体处于平衡态，此时，毫无疑问是分子的无规则热运动居主要地位，整个系统处于无序状态。升高T1，液体内就会形成下高上低的温度梯度，流体处于非平衡状态，由于温度梯度的存在，热量不断从下板通过液体流向上板，但只要温度梯度不大，分子的热运动就处于主导地位，热以热传导的方式来传递，即靠分子无规则热运动的相互碰撞来传递能量，整个液体宏观上仍保持静止状态。不断增大温度差ΔT，就把液体越来越推向于远离平衡的状态，液体中分子之间的关联也逐渐增强。当△T>△Tc，即温度差超过某一临界值后，系统就会发生突变，由粘滞作用引起的分子之间的关联开始处于主导地位，使分子产生协同行为，以宏观对流状态代替热传导来传递热量，从而在液面上形成可以观察到的空间有序结构，这就是贝纳德对流花样(见图1)。

图 1

在各种不同的实验条件下，会形成各种各样的对流花样，当液层上表面是自由面时，也就是流体上表面直接与空气接触，不覆盖任何平板时，从上表面看下来，对流花样呈规则的六边形格子，当流体层被限制在两块圆形的平板之间时，对流花样是呈旋转状的同心圈，若限制在长方形容器中，则对流花样呈平行于长方形短边的蛋卷式样，图2，图3就是这两种情况下对流花样的示意图。贝纳德对流花样是远离平衡的非线性系统，当外界控制参量超过一定的临界值(这里为△Tc)后，由无序结构突变为有序结构的典型例证。

图3