Transpirația termică

Transpirația termică [1] este infiltrarea termică a unui gaz extrem de rarefiat , de exemplu, printr-un mic orificiu dintr-o parte a unui vas în alta din cauza diferenței de presiune dintre părțile încălzite diferit. [2]

Stare de echilibru

Absența ciocnirilor între molecule dintr-un gaz rarefiat duce la o stare de echilibru particulară între diferite părți ale gazului într-un volum închis. Fie două părți A și B ale unui vas cu gaz, ale căror temperaturi sunt respectiv T A și T B , să fie conectate între ele printr-o deschidere S (Fig. 66). În ce condiții se stabilește echilibrul între părțile A și B, adică nu va exista mișcare a gazului? Este evident că echilibrul se stabilește atunci când, în același timp, numărul de molecule care trec de la A la B este egal cu numărul de molecule care trec în sens opus.

Numărul de particule care trec prin gaura S într-o secundă este proporțional cu produsul dintre numărul de particule pe unitate de volum și viteza lor termică , astfel încât starea de echilibru pentru echilibrul gazului poate fi scrisă ca:

n_{A}v_{A}=n_{B}v_{B}

unde este numărul de molecule, este viteza termică medie a moleculelor de gaz din A și B. $n$ $v$

Dat fiind

n_{A}={\frac {p_{A}}{kT_{A}}};

n_{B}={\frac {p_{B}}{kT_{B}}}

unde este constanta Boltzmann . Primim ca: $k$

{\frac {p_{A}}{\sqrt {T_{A}}}}={\frac {p_{B}}{\sqrt {T_{B}}}}

adică presiunea în ambele părți ale gazului este proporțională cu rădăcina pătrată a temperaturilor acestor părți.

În gazele dense, egalitatea presiunilor determină mișcarea gazului în ansamblu, ceea ce duce la egalizarea presiunilor. Într-un gaz rarefiat, moleculele se mișcă independent unele de altele, iar diferența de temperatură nu poate provoca mișcarea întregului gaz. Prin urmare, legea lui Pascal nu funcționează , deoarece un gaz rarefiat nu este considerat un mediu continuu. ${\textstyle p_{A}=p_{B}}$

Dovada experimentală

Experiența lui Osborne Reynolds :

Placa S din substanta poroasa (in loc de gaura) se fixeaza intre doua inele de ebonita acoperite cu discuri metalice D 1 si D 2 (Fig. 67).Intre aceste discuri si placa poroasa este izolat gazul de testare (aerul). Discul D 2 este răcit cu apă curentă, iar discul D 1 este încălzit cu abur, creând astfel o diferență de temperatură între volumele de gaz de pe ambele părți ale plăcii. Cu ajutorul manometrelor conectate la tuburile L 1 si L 2 se masoara presiunile p 1 si p 2 .

Măsurătorile au arătat că la presiuni suficient de scăzute ecuația este satisfăcută. La presiuni mari, diferența de presiune a dispărut. ${\frac {p_{A}}{\sqrt {T_{A}}}}={\frac {p_{B}}{\sqrt {T_{B}}}}$

Note

↑ Concept introdus de Osborne Reynolds .
↑ Kikoin A.K., Kikoin I.K. Curs general de fizică. Fizica moleculară: 1976