密度小于空气的气体在空气中为什么会上升？装在气球里受到浮力好理解 ， 可是和空气混合起来呢？不都是一个一个的小分子吗？
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率 ， 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 ， 而在低处温度较高的冷空气更多 ， 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 。
Answered by老张
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