Gasens tillstånd

Utgjutning

Tänk på systemet som beskrivs ovan vid beräkningen av gastrycket, men med området A i behållarväggen ersatt med ett litet hål. Antalet molekyler som slipper ut genom hålet i tid t är lika med (1/2) (N / V) v _z (At). I detta fall är kollisioner mellan molekyler betydande, och resultatet gäller endast för små hål i mycket tunna väggar (jämfört med den genomsnittliga fria vägen), så att en molekyl som närmar sig hålet kommer att komma igenom utan att kollidera med en annan molekyl och flyttas bort. Förhållandet mellan v _z och medelhastigheten v̄ är ganska enkelt: v _z = (1/2) v̄.

Om hastigheterna för två olika gaser som strömmar genom samma hål jämförs, börjar med samma gastäthet varje gång, konstateras det att mycket mer lätt gas slipper ut än tung gas och att mer gas slipper ut vid en hög temperatur än vid en låg temperatur, andra saker är lika. Särskilt,

Det sista steget följer av energiformeln, (1/2) mv ² = (3/2) kT, där (v ²) ^1/2 är ungefärligt att vara v, även om v ² och (v̄) ² faktiskt skiljer sig från en numerisk faktor nära enhet (nämligen 3π / 8). Detta resultat upptäcktes experimentellt 1846 av Graham för konstant temperatur och är känd som Grahams effusionslag. Det kan användas för att mäta molekylvikter, för att mäta ångtrycket för ett material med ett lågt ångtryck eller för att beräkna hastigheten för förångning av molekyler från en vätska eller fast yta.

Termisk transpiration

Anta att två behållare av samma gas men vid olika temperaturer är anslutna med ett litet hål och att gasen bringas till ett stabilt tillstånd. Om hålet är tillräckligt litet och gastätheten är tillräckligt låg för att endast effusion sker, kommer jämviktstrycket att vara högre på högtemperatursidan. Men om det initiala trycket på båda sidor är lika kommer gas att rinna från låg temperatur sidan till hög temperatur sidan för att få hög temperatur tryck att öka. Den senare situationen kallas termisk transpiration, och stabilitetsresultatet kallas termomolekylär tryckskillnad. Dessa resultat följer helt enkelt från effusionsformeln om den ideala gaslagen används för att ersätta N / V med p / T;

När ett stabilt tillstånd uppnås är effusionshastigheterna lika, och därmed

Detta fenomen undersöktes först experimentellt av Osborne Reynolds 1879 i Manchester, Eng. Fel kan uppstå om ett gastryck mäts i ett kärl vid mycket låg eller mycket hög temperatur genom att ansluta det via ett fint rör till en manometer vid rumstemperatur. En kontinuerlig cirkulation av gas kan produceras genom att de två behållarna ansluts till ett annat rör vars diameter är stor jämfört med den genomsnittliga fria vägen. Tryckskillnaden driver gas genom detta rör genom visköst flöde. En värmemotor baserad på detta cirkulerande flöde har tyvärr låg verkningsgrad.