Установление равновесия в ультраразреженном газе
Коэффициенты теплопроводности и вязкости не зависят от плотности газа. Уменьшение плотности при понижении давления компенсируется увеличением длины свободного пробега молекул. В результате поток тепла между двумя параллельными стенками, имеющими различные фиксированные температуры, не зависит от давления газа. Точно так же, если одна из параллельных пластин движется вдоль самой себя, сила трения, действующая на каждую из пластин, не зависит от давления газа между ними (так называемое течение Куэтта). Однако ясно, что такое невозможно при отсутствии газа между стенками (пластинами). Применение изложенной выше теории явлений переноса ограничено со стороны низких давлений. Эта теория была развита в предположении о существовании локального термодинамического равновесия, т. е. при выполнении условия
Если давление не удовлетворяет этому условию, более того, имеет место неравенство
|
, или, если воспользоваться формулой (99.4) и уравнением состояния идеального газа, при условии
. (106.1)
, то длина свободного пробега, вычисленная по формуле (99.4), оказывается много больше характерного размера и молекулы будут летать, сталкиваясь чаще со стенками сосуда, чем друг с другом. Установление равновесия в таком ультраразреженном газе (физическом вакууме) осуществляется в результате неупругих столкновений его молекул со стенками. Если молекулы газа имеют более высокую температуру, то, прилипая к стенке, они отдают избыточную энергию и испаряются уже с температурой стенки. Более холодные молекулы при неупругом столкновении со стенкой приобретают дополнительную энергию. В газе устанавливается равновесие, соответствующее температуре стенок.
