Tepelná transpirace

Tepelná transpirace [1] je tepelná infiltrace vysoce zředěného plynu , například malým otvorem z jedné části nádoby do druhé kvůli rozdílu tlaků mezi různě zahřátými částmi. [2]

Podmínka rovnováhy

Absence srážek mezi molekulami ve zředěném plynu vede ke zvláštním rovnovážným podmínkám mezi různými částmi plynu v uzavřeném objemu. Nechť jsou dvě části A a B nádoby s plynem, jejichž teploty jsou T A a T B , vzájemně spojeny otvorem S (obr. 66). Za jakých podmínek je mezi částmi A a B ustavena rovnováha, to znamená, že nedojde k žádnému pohybu plynu? Je zřejmé, že rovnováha je ustavena, když se za stejnou dobu počet molekul procházejících z A do B rovná počtu molekul procházejících v opačném směru.

Počet částic procházejících otvorem S za jednu sekundu je úměrný součinu počtu částic na jednotku objemu a jejich tepelné rychlosti , takže podmínku rovnováhy pro rovnováhu plynu lze zapsat jako:

kde je počet molekul, je průměrná tepelná rychlost molekul plynu v A a B.

Vzhledem k tomu

kde je Boltzmannova konstanta . Dostáváme to:

to znamená, že tlak v obou částech plynu je úměrný druhé odmocnině teplot těchto částí.

V hustých plynech způsobuje rovnost tlaků pohyb plynu jako celku, což vede k vyrovnání tlaků. Ve zředěném plynu se molekuly pohybují nezávisle na sobě a teplotní rozdíl nemůže způsobit pohyb celého plynu. Proto Pascalův zákon nefunguje , protože zředěný plyn není považován za spojité médium.

Experimentální důkaz

Zkušenosti Osborne Reynoldse :

Mezi dva ebonitové kroužky pokryté kovovými kotouči D 1 a D 2 (obr. 67) je upevněna destička S z porézní hmoty (místo otvoru), mezi těmito kotouči a porézní destičkou je izolován zkušební plyn (vzduch). Disk D 2 je chlazen tekoucí vodou a disk D 1 je ohříván párou, čímž vzniká teplotní rozdíl mezi objemy plynu na obou stranách desky. Pomocí tlakoměrů spojených s trubicemi L 1 a L 2 se měří tlaky p 1 a p 2 .

Měření ukázala, že při dostatečně nízkých tlacích je rovnice splněna. Při vysokých tlacích rozdíl tlaků zmizel.

Poznámky

1. ↑ Koncept představený Osborne Reynoldsem .
2. ↑ Kikoin A.K., Kikoin I.K. Obecný kurz fyziky. Molekulární fyzika: 1976