Розріджені гази. Вакуум

Тиск газу, що міститься у посудині, прямо пропорційний до концентрації молекул. Якщо з посудини, не змінюючи її об’єму, видалити певну кількість молекул, то, очевидно, що тиск газу знизиться. Газ у стані розрідження – це газ, тиск якого менший від атмосферного. Водночас зі зниженням тиску зростає довжина вільного пробігу молекул < l >. Вакуумом називають стан газу, за якого < l > сумірна або перевищує характерні розміри посудини d. Залежно від співвідношення між < l >, d і тиску, розрізняють низький (l << d), середній (l < d), високий (l > d) і надвисокий (l >> d) вакуум. Сучасні вакуумні помпи і системи дають змогу отримувати у замкнутих об’ємах надвисокий вакуум до 10^–14 тор.

У розріджених газах явища перенесення мають суттєво інше трактування, ніж за звичайних тисків. Зокрема, за умов вакууму молекули газу рухаються без зіткнень між собою, а стикаються лише зі стінками посудини.

За цих умов поняття в’язкості (або внутрішнього тертя) газів втрачає зміст, а течію газу називають молекулярною. Зокрема, саме в режимі молекулярної течії відбувається протікання розрідженого газу через малий отвір площею S або пористу перегородку, що розділяє два об’єми, у яких містяться гази за різних тисків р ₁ і р ₂. Такий процес називають ефузією. У цьому випадку кількість молекул, що проходять за одиницю часу через отвір площею S, виражають формулою

. (7.17)

Механізм теплопровідності у розріджених газах також буде іншим, ніж у газі, що перебуває за нормальних умов. Перенесення енергії у посудині з розрідженим газом забезпечують молекулярні потоки між стінками посудини, якщо температура стінок різна. За цих умов варто говорити не про теплопровідність газу, а про теплопередачу, тобто перенесення енергії молекулярним потоком.

Частина ІІ. Молекулярна фізика. Лабораторний практикум.