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
[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.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/09/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%28%D1%80%D0%B8%D1%81._66%29.png/330px-%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%28%D1%80%D0%B8%D1%81._66%29.png)
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:
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/64/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%28%D1%80%D0%B8%D1%81._67%29.png/165px-%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%28%D1%80%D0%B8%D1%81._67%29.png)
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]- ↑ Понятие введено Осборном Рейнольдсом.
- ↑ Кикоин А. К., Кикоин И. К. Общий курс физики. Молекулярная физика: 1976 г.