Lämpötranspiraatio

Lämpötranspiraatio [1] on erittäin harvinaisen kaasun termistä tunkeutumista esimerkiksi pienen reiän kautta astian yhdestä osasta toiseen eri lämmitettyjen osien välisen paine-eron vuoksi. [2]

Tasapainotila

Molekyylien välisten törmäysten puuttuminen harvennetussa kaasussa johtaa omituiseen tasapainotilaan suljetussa tilavuudessa olevan kaasun eri osien välillä. Olkoon kaasuastian kaksi osaa A ja B, joiden lämpötilat ovat vastaavasti TA ja T B , yhdistetty toisiinsa aukolla S (kuva 66). Millä edellytyksillä osien A ja B välille muodostuu tasapaino eli kaasun liikettä ei tapahdu? On selvää, että tasapaino syntyy, kun samaan aikaan A:sta B:hen siirtyvien molekyylien lukumäärä on yhtä suuri kuin vastakkaiseen suuntaan kulkevien molekyylien lukumäärä.

Reiän S läpi sekunnissa kulkevien hiukkasten lukumäärä on verrannollinen tilavuusyksikköä kohti olevien hiukkasten lukumäärän ja niiden lämpönopeuden tuloon , joten kaasutasapainon tasapainoehto voidaan kirjoittaa seuraavasti:

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

missä on molekyylien lukumäärä, on kaasumolekyylien keskimääräinen lämpönopeus A:ssa ja B:ssä. $n$ $v$

Olettaen että

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

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

missä on Boltzmannin vakio . Saamme sen: $k$

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

eli paine molemmissa kaasun osissa on verrannollinen näiden osien lämpötilojen neliöjuureen.

Tiheissä kaasuissa paineiden tasaisuus saa aikaan kaasun liikkeen kokonaisuutena, mikä johtaa paineiden tasaantumiseen. Harvinaisessa kaasussa molekyylit liikkuvat toisistaan riippumatta, eikä lämpötilaero voi aiheuttaa koko kaasun liikettä. Siksi Pascalin laki ei toimi , koska puhdistettua kaasua ei pidetä jatkuvana väliaineena. ${\textstyle p_{A}=p_{B}}$

Kokeellinen todiste

Osborne Reynoldsin kokemus :

Huokoisesta aineesta valmistettu levy S (reiän sijaan) on kiinnitetty kahden eboniittirenkaan väliin, jotka on peitetty metallilevyillä D 1 ja D 2 (kuva 67), näiden kiekkojen ja huokoisen levyn väliin eristetään koekaasu (ilma). Levyä D 2 jäähdytetään juoksevalla vedellä ja levyä D 1 kuumennetaan höyryllä, jolloin syntyy lämpötilaero kaasun tilavuuksien välille levyn molemmille puolille. Putkiin L 1 ja L 2 liitettyjen painemittareiden avulla mitataan paineet p 1 ja p 2 .

Mittaukset osoittivat, että riittävän alhaisilla paineilla yhtälö täyttyy. Korkealla paineella paine-ero hävisi. ${\frac {p_{A}}{\sqrt {T_{A}}}}={\frac {p_{B}}{\sqrt {T_{B}}}}$

Muistiinpanot

↑ Osborne Reynoldsin esittelemä konsepti .
↑ Kikoin A.K., Kikoin I.K. Yleinen fysiikan kurssi. Molekyylifysiikka: 1976