3. *Зіткнення молекул, середня довжина вільного пробігу молекул.

Молекули газу, перебуваючи у стані хаотичного теплового руху, безперервно стикаються одна з одною.

Зіткненням молекул називають процес взаємодії між молекулами, внаслідок якого молекули змінюють напрямок свого руху.

Мінімальна відстань, на яку зближуються при зіткненні центри двох молекул, називають ефективним діаметром d молекули (див. рис.).

Ефектив­ний діаметр молекул залежить від:

• енергії молекул, а отже, і від температури (підвищенням температури ефективний діаметр молекул зменшується),

• хімічної природи газу.

Середнє число зіткнень молекули за одиницю часу становить:

,

де – концентрація молекул,

–середня арифметична швидкість руху молекул.

Між двома послідовними зіткненнями молекули рухаються рівномірно і прямолінійно.

Довжиною вільного пробігу молекули називають відстань , яку молекула пролітає між двома послідовними зіткненнями.

Ці відстані можуть бути різними. Тому в кінетичній теорії вводять поняття середньої довжини вільного пробігу молекул :

,

де – кількість зіткнень.

Середня довжина вільного пробігу молекул визначається середнім шляхом, що проходить молекула за одиницю часу, тому чисельно дорівнює середній арифметичній швидкості і якщо за одиницю часу молекула стикається з іншими молекуламиразів, то

.

Оскільки , то.

Середня довжина вільного пробігу є характеристикою всієї сукупності молекул газу при даних значеннях тиску p і температури T.

При сталій температурі середня довжина вільного пробігу є обернено про­порційною до тиску, тобто

.

Приведемо значення довжини вільного пробігу молекул повітря при 0°С і різних тисках:

4. *Поведінка газів за умов низького тиску.

Якщо з посудини відкачати газ, то із зниженням тиску кількість зіткнень взаємних зіткнень зменшується, що призводить до збільшення довжини їх вільного пробігу. При достатньо великому розрідженні зіткнення між молекулами досить рідкі, тому в основному відбуваються зіткнення молекул із стінками посудини. Вакуумом називають стан газу, при якому середня довжина вільного пробігу молекул порівняна або більша характерного розміру посудини, у якій газ знаходиться.

В залежності від співвідношення ірозрізняють:

• низький вакуум (<<),

• середній вакуум (≤),

• високий вакуум (>) – ультрарозріджений газ,

• надвисокий вакуум (>>).

Остановимся на некоторых свойствах ультраразреженных газов. Так как в состоя­нии ультраразрежения молекулы практически друг с другом не сталкиваются, то газ в этом состоянии не обладает внутренним трением. Отсутствие соударений между молекулами разреженного газа отражается также на механизме теплопроводности. Если при обычных давлениях перенос энергии молекулами производится «эстафетой», то при ультраразрежении каждая молекула сама должна перенести энергию от одной стенки сосуда к другой. Явление уменьшения теплопроводности вакуума при пониже­нии давления используется на практике для создания тепловой изоляции. Например, для уменьшения теплообмена между телом и окружающей средой тело помещают в сосуд Дьюара*, имеющий двойные стенки, между которыми находится разрежен­ный воздух, теплопроводность которого очень мала.