为何密度小的物质会上升，从分子或原子层次来看？ 第1页
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密度小的气体在上只是一种宏观现象。
由于气体分子的质量较轻，重力势能较小，同时气体分子的热运动动能又较大，因此不同气体之间重力势能的差别不足以带来分层的效果。当两种气体混合后，无论在高处还是低处，都既有较重的气体又有较轻的气体。不过这种混合并不是完全均匀的，毕竟重力势能虽小但也不是完全不存在。利用热力学的玻尔兹曼分布，可以计算出在重力作用下气体的分子数密度（单位体积内的分子数）随高度的分布
其中n(z)和n(0)分别是在高度为z处和地面（重力势能为0）处的分子数密度。m是气体分子的质量，g是重力加速度，k是玻尔兹曼常数，T是温度。对于一个固定地点来说，g和k都是常数。
不难看出，分子数密度随着高度增加而指数衰减，衰减的速度与分子质量和温度有关。一个典型的例子是大气环流，在高处温度较高的热空气更多，而在低处温度较低的冷空气更多，宏观上形成热空气向上走，冷空气向下走的大气环流。需要提醒的是，大气的高度差足够大，可以产生这样的现象，日常用到的容器高度差太小，同时存在无法避免的扰动，很难观察到这样的现象。
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