Тепловая транспирация (Myhlkfgx mjguvhnjgenx)

Перейти к навигации Перейти к поиску

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

[править | править код]

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.
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

[править | править код]

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

[править | править код]
  1. Понятие введено Осборном Рейнольдсом.
  2. Кикоин А. К., Кикоин И. К. Общий курс физики. Молекулярная физика: 1976 г.