Тепловая транспирация

Тепловая транспирация[1] — тепловое просачивание сильно разреженного газа, к примеру, через небольшое отверстие из одной части сосуда в другую за счёт разности давлений между различно нагретыми частями.[2]

Условие равновесия

Отсутствие столкновений между молекулами в разряжённом газе приводит к своеобразному условию равновесия между различными частями газа в замкнутом объёме. Пусть две части A и B сосуда с газом, температуры которых равны соответственно TA и TB, соединены друг с другом отверстием S (рис. 66). При каких условия устанавливается равновесие между частями A и B, то есть не будет движения газа? Очевидно, что равновесие устанавливается в том случае, когда за одно и то же время число молекул, переходящих из A в B, будет равно числу молекул, переходящих в обратном направлении.

A и B - две части сосуда с газом, соединённым отверстием S, P - давление в соответствующей части  сосуда, T - температура в соответствующей части  сосуда.

Число частиц, переходящих за одну секунду через отверстие S, пропорционально произведению числа частиц в единице объёма на их тепловую скорость, поэтому условие равновесия равновесия газа запишется в виде:

где — количество молекул, — средняя тепловая скорость молекул газа в A и B.

Учитывая, что

где — Постоянная Больцмана. Получаем, что:

то есть давление в обеих частях газа оказывается пропорциональным квадратному корню из температур этих частей.

В плотных газах равенство давлений вызывает движение газа в целом, что и приводит к выравниванию давлений. В разряжённом же газе молекулы движутся независимо друг от друга и разность температур не может вызвать движение всего газа. Поэтому же и не работает закон Паскаля, так как разряжённый газ не рассматривается как сплошная среда.

Экспериментальное доказательство

Опыт Осборна Рейнольдса:

S - пористая пластина, разделяющая эбонитовые кольца, которые в свою очередь отделены металлическими дисками Д1 и Д2.

Пластина S из пористого вещества (вместо отверстия) укреплена между двумя эбонитовыми кольцами, закрытыми металлическими дисками Д1 и Д2 (рис. 67) Исследуемый газ (воздух) изолирован между этими дисками и пористой пластиной. Диск Д2 охлаждается проточной водой, а диск Д1 нагревается паром, таким образом создаётся разница температур между объёмами газа по обе стороны от пластины. При помощи манометров, присоединённых с помощью трубок L1 и L2, измеряются давления p1 и p2.

Измерения показали, что при достаточно низких давлениях уравнение выполняется. При больших давлениях разность давлений исчезала.

Примечания
  1. Понятие введено Осборном Рейнольдсом.
  2. Кикоин А. К., Кикоин И. К. Общий курс физики. Молекулярная физика: 1976 г.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.