Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика" -> 160

Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.

Сивухин Д.В. Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика — Физматлит, 1970. — 565 c.
Скачать (прямая ссылка): obshiykurstermodinamika1970.djvu
Предыдущая << 1 .. 154 155 156 157 158 159 < 160 > 161 162 163 164 165 166 .. 240 >> Следующая

ЯВЛЕНИЯ В РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗАХ
361
перегородку, чем более тяжелый. Явление называется изотермической эффузией через пористую перегородку.
Возьмем стакан А из пористой глины, соединенный резиновой трубкой С с U-образным водяным манометром М (рис. 89). Сверху наденем на него более широкий стеклянный стакан В. Подведем под стеклянный стакан резиновую трубку D, по которой пропускается водород. Вследствие изотермической эффузии водород быстрее поступает внутрь пористого стакана, чем воздух выходит из него. Манометр покажет увеличение давления газа внутри пористого стакана. Если снять стеклянный стакан, то наоборот, давление газа в пористом стакане начнет падать и сделается меньше давления наружного воздуха.
6. Тепловое скольжение. Допустим, что поверхность тела нагрета неравномерно. Для простоты предположим, что эта поверхность плоская, а температура возрастает в направлении оси X (рис. 90). Примыкающий к поверхности тела газ становится также неравномерно нагретым. Молекулы газа при отражении от тела
передают ему не только нормальный, но сс+Лх и тангенциальный импульс. Но так как молекулы приходят справа с большими тепловыми скоростями, то они передают телу больший тангенциальный импульс, чем молекулы, приходящие слева. В результате возникает тангенциальная составляющая силы, действующая на тело Рис. 90. справа налево. По третьему закону
Ньютона на пристеночный слой газа должна действовать равная и противоположно направленная сила. Газ придет в движение в направлении оси X, т. е. в сторону возрастания температуры. Это явление называется тепловым скольжением.
х-Лх
X
и
dl
dx
Нетрудно оценить скорость газа к, когда процесс теплового скольжения станет стационарным. Пусть vx означает среднее значение модуля ^-составляющей тепловой скорости молекулы газа, а Кх — среднее значение модуля проекции длины свободного пробега на ось X. Рассмотрим какую-либо точку А на поверхности тела с координатой х. При рассмотрении передачи импульса в точке А можно рассуждать так, как если бы все молекулы, попадающие в эту точку,
362
ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ
[ГЛ. VII
испытали последние столкновения в плоскостях х + Кх их — Кх (см. § 89, пункт 2). Если газ скользит со скоростью и, то средние значения скорости молекулы вдоль оси X в этих плоскостях будут соответственно vx(x + ).х) — и и vx(x — Xv) и. При стационарном скольжении передача тангенциального импульса от газа к телу и обратно прекратится. Это будет при выполнении условия
Очевидно Я,2 = Щ + №у |- Щ = Щ. Не внося существенной ошибки, положим Далее mv-x'xkT. Используя эти соотношения, получим
Отсюда видно, что тепловое скольжение может быть заметным лишь в разреженных газах, так как Ї. ~ 1/Р.
7. Радиометрический эффект. Радиометрический эффект состоит в том, что неравномерно нагретые тела, помещенные в разреженных газах, самопроизвольно приходят в движение в направлении от более нагретой стороны к менее нагретой. Неравномерное нагревание обычно осуществляется односторонним освещением тела, с чем и связано название эффекта. Силы, приводящие тело в движение, называются радиометрическими. Они имеют двоякое происхождение.
Первая сила возникает из-за теплового скольжения газа от менее нагретых участков поверхности тела к более нагретым. Благодаря вязкости в движение вовлекается и основная часть газа в окрестности тела (см. рис. 91, где изображено в разрезе течение газа вокруг пластинки. Более нагретая поверхность ее зачернена). Благодаря закону сохранения импульса тело должно прийти в движение в обратном направлении, т. е. холодной стороной вперед. Значит, появляется сила, действующая на него в том же направлении. Такой силой объясняется, между прочим, оседание пыли на холодных стенках вблизи батарей центрального отопления, она перемещает взвешенные в воздухе пылинки в направлении от нагретых тел к холодным.
Вторая сила имеет следующее происхождение. Молекулы газа при отражении от более нагретой стороны тела сообщают ему больший импульс, чем молекулы, отражающиеся от менее нагретой стороны. Поэтому и возникает радиометрическая сила, направленная от более нагретой к менее нагретой стороне тела.
Первая сила является преобладающей в слабо разреженных газах. Она обратно пропорциональна давлению, как в этом можно
vx (а-+Кх) — u = vx(x—Аа) + и,
откуда
(95.8)
§ 96] МОЛЕКУЛЯРНОЕ ТЕЧЕНИЕ УЛЬТРАРАЗРЯЖЕННОГО ГАЗА 363
убедиться с помощью формулы (95.8). Вторая сила играет основную роль в сильно разреженных газах. Она пропорциональна давленню. В промежуточной области существенны обе силы.
Радиометрический эффект при низких давлениях удобно наблюдать с помощью радиометра Крукса (1832—1919). Основной частью этого прибора являются слюдяные крылышки, прикрепленные к колпачку, надетому на острие иглы. Таким образом, крылышки могут вра- Рис. 91.
щаться вокруг вертикальной оси практически без трения. Крылышки зачернены с одной стороны и помещены в стеклянном баллоне с высоким вакуумом. При освещении крылышки приходят во вращение светлой стороной вперед.
ЗАДАЧА
Изотермическая эффузия газа через пористую перегородку (поры которой малы по сравнению с длиной свободного пробега) используется для разделения изотопов. Естественная смесь изотопов помещается в сосуд с пористыми стенками. Г'аз, прошедший через поры сосуда в результате эффузии, откачивается и собирается в специальном резервуаре. С ним производится второй цикл эффу'-зии, затем третий и т. д., пока не будет достигнута требуемая степень разделения изотопов. Сколько циклов эффузии необходимо произвести, чтобы отношение концентраций частиц легкого и тяжелого изотопов увеличить в 10 раз, если молекулярные веса их равны соответственно |ХХ и
Предыдущая << 1 .. 154 155 156 157 158 159 < 160 > 161 162 163 164 165 166 .. 240 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed