Вакуум

Броуновское движение как процесс диффузии

Пусть в однородной жидкости распределены броуновские частицы, концентрация которых меняется вдоль оси x. Выделим группу броуновских частиц, которые за промежуток времени τ смещаются вдоль оси x на величину Δ x. Тогда число частиц i -й группы, проходящих через площадку S, находящейся в плоскости, за время τ равно. Разложим концентрацию n_i в ряд по x вблизи пластины и проинтегрируем, тогда. Общее число частиц проходящих через площадку будет. Первая сумма равна нулю, т.к. молекулы находящиеся на этой поверхности могут пойти как в одну, так и в другую сторону, а вторую найдем дифференцированием по x выражения:, таким образом,. Плотность диффузионного потока равна. Таким образом,. Отсюда, по своему физическому смыслу D не зависит от времени, т.е. мы получили такую же зависимость от времени, как и в формуле Эйнштейна, т.е.. Эту формулу вывел Эйнштейн и она носит его имя.

Лекция 17 Вакуум. Явления в разреженных газах.

Вакуум – это газ, длина свободного пробега λ молекул которого сравнима или превосходит характерный размер сосуда l, в котором находится газ (разреженный газ).

По степени разрежения вакуум классифицируется, как низкий; средний; высокий; сверхвысокий (ультраразреженный газ) (понятие сверхвысокого вакуума связана со средним временем образования мономолекулярного слоя молекул газа на поверхности первоначально свободной от молекул газа).

Если характерный размер сосуда, то

Низкий	1 мм. рт. ст. ≤ P ≤ 760 мм. рт. ст.
Средний	10^–3 мм. рт. ст. ≤ P ≤ 1 мм. рт. ст.
Высокий	10^–8 мм. рт. ст. ≤ P ≤ 10^–3 мм. рт. ст.
Сверхвысокий	P ≤ 10^–8 мм. рт. ст.

При размерах пор 10^–5 см атмосферное давление является вакуумом.

Свойства газа в низком вакууме определяются частыми столкновениями между молекулами газа в объеме, сопровождающимися обменом энергией. Поэтому явления переноса характеризуются плавным изменением градиента переносимой величины (температуры, импульса, концентрации).

В высоком вакууме поведение газа определяется столкновениями его молекул со стенками. Коэффициенты переноса газа в состоянии высокого вакуума прямо пропорциональны его давлению, т.к. уменьшение плотности сильно разреженного газа почти что не влияет на среднюю длину свободного пробега и приводит к убыли части молекул, участвующих в переносе данной физической величины, при этом существенно уменьшается и величина переносимого молекулами физических характеристик. Явления переноса характеризуются скачком переносимой величины на границе, например между горячей и холодной стенкой примерно половина молекул имеют скорость, соответствующую температуре горячей стенки, а другая половина – скорость, соответствующую температуре холодной стенками. Температура газа во всем пространстве одинакова и не соответстует температуре ни горячей и ни холодной стенок.

Из-за того, что молекулы друг с другом практически не сталкиваются, то процесс диффузии происходит со скоростью, равной скорости молекул, т.е. довольно быстро. Сила трения, между движущимися поверхностями возникает при передаче импульса движущимися молекулами от одной стенки к другой, практически без столкновений между молекулами.

Низкая теплопроводность вакуума используется в сосудах Дьюара, это емкости с двойными стенками, между которыми находится сильно разреженный газ.

Дата добавления: 2014-01-04