Загальна фізика / Теоретичні курси / Молекулярна фізика та термодинаміка
.pdf
Цi пари, потрапляючи потiм у ”водяну сорочку”, конденсуються i стiкають назад в резервуар, а захоплений газ виходить в простiр (через трубку 3), в якому вже створений форвакуум. Якщо застосовувати багатоступiнчастi насоси (декiлька сопл встановленi послiдовно), то реально при хороших ущiльненнях можна за допомогою них отримати розрiдження до 10 −7мм рт. ст.
Для подальшого пониження тиску застосовуються так званi ”уловлювачi”. Мiж дифузiйним насосом i вiдкачуваним об’єктом розташовують спецiально зiгнуте колiно (1 або 2) сполучної трубки (уловлювача), яку охолоджують рiдким азотом (Рис.1.15). При такiй температурi пари ртутi ( масла ) виморожуються i тиск у вiдкачуванiй по судинi знижується приблизно на 1 2 порядки. Описанi уловлювачi називають охолоджуваними; можна застосовувати також неохолоджуванi уловлювачi. Спецiальну робочу речовину (наприклад, алюмогель ) помiщають в один з вiдросткiв сполучної трубки поблизу вiдкачуваного об’єкту, яке пiдтримується при температурi 300 C. Досягши високого вакууму алюмогель охолоджується до кiмнатної температури, при якiй вiн починає поглинати пари, що є в системi. Перевага цих пасток полягає в тому, що з їх допомогою у вiдкачуваних об’єктах можна пiдтримувати високий вакуум вже пiсля безпосереднього вiдкачування протягом навiть декiлькох дiб.
Зупинимося на деяких властивостях ультрарозрiджених газiв. Оскiльки в станi ультрарозрiдження молекули практично одна з одною не зiткаються, то газ в цьому станi не має внутрiшнього тертя. Вiдсутнiсть зiткнень мiж молекулами розрiдженого газу вiдображається також на механiзмi теплопровiдностi. Якщо при звичайному тиску перенос енергiї молекулами проводиться ”естафетою”, то при ультрарозрiдженнi кожна молекула сама повинна перенести енергiю вiд однiєї стiнки посудини до iншої. Явище зменшення теплопровiдностi вакууму при пониженнi тиску використовується на практицi дня створення теплової iзоляцiї. Наприклад, для зменшення теплообмiну мiж тiлом i навколишнiм середовищем тiло помiщають в посудину Дьюара 6, що має подвiйнi стiнки, мiж якими знаходиться розрiджене повiтря, теплопровiднiсть якого дуже мала.
Розглянемо двi посудини 1 i 2 сполучених мiж собою трубкою, якi пiдтримуються вiдповiдно при
6Дьюар (1842 1923) англiйський хiмiк i фiзик.
Рис. 1.14. |
Рис. 1.15. |
температурах T1 и T2 (Рис.1.16).
Якщо довжина вiльного пробiгу молекул набагато менше дiаметра сполучної трубки (hli d), то стацiонарний стан газу характеризується рiвнiстю тиску в обох посудинах p1 = p2). Стацiонарний же стан ультрарозрiдженого газу ( hli d), що знаходиться в двох посудинах, сполучених трубкою, можливий лише у тому випадку, коли зустрiчнi потоки частинок, що перемiщаються з однiєї посудини в iншу, одна-
ковi, тобто |
|
n1hυ1i = n2hυ2i |
(1.36) |
де n1 i n2 концентрацiї молекул в обох по судинах <υ1> i <υ2
Рис. 1.16.
> середнi швидкостi молекул.
Враховуючи, що n = kTp i hυi = p8RT/(πM), з умови (1.36) одержуємо
p
p1/p2 = T1/T2 (1.37)
тобто в умовах високого вакууму вирiвнювання тиску не вiдбувається. Якщо у вiдкачаний скляний балон (Рис.??)
на пружину 1 насадити слюдяний листочок 2, одна сторона якого зачорнена, i освiтлювати його, то виникне рiзниця температур мiж свiтлою та зачорненою поверхнями листочка. З виразу (1.37) слiдує, що в даному випадку рiзним буде i тиск, тобто молекули вiд зачорненої поверхнi будуть вiдштовхуватися з бiльшою силою, нiж вiд свiтлої, внаслiдок чого листочок вiдхилиться. Це явище називається
радiометричним ефектом. На радiометричному ефектi засновано дiю радiометричного манометра.
1.10.Тестування теоретичної пiдготовки з молекулярно - кiнетичної теорiї iдеальних газiв
Якi методи використовуються для вивчення фiзичних явищ в суцiльних середовищах? Якi новi категорiї та поняття використовуються в фiзицi суцiльних середовищ?
Варiанти вiдповiдi Так Нi
Не
знаю
1
2
3
4
5
6
7
Як формулюється модель iдеального газу у фiзицi суцiльних середовищ? Що таке iзопроцеси i якi їх основнi властивостi в iдеальних газах?
Варiанти вiдповiдi Так Нi
Не
знаю
1
2
3
4
5
6
7
Як формулюється основна задача молекулярно - кiнетичної теорiї та яку межу застосування має її розв’язок?
Варiанти вiдповiдi Так Нi
Не
знаю
1
2
3
4
5
6
7
Як формулюється закон Максвелла про розподiл молекул iдеального газу по швидкостям i енергiям теплового руху? Яке практичне застосування має розподiл Максвелла?
Варiанти вiдповiдi Так Нi
Не
знаю
1
2
3
4
5
6
7
Як формулюється закон Больцмана про розподiл молекул iдеального газу в потенцiальних полях? Який змiст має барометрична формула?
Варiанти вiдповiдi Так Нi
Не
знаю
1
2
3
4
5
6
7
Якi фiзичнi параметри iдеального газу суттєво впливають на середнє число зiткнень та довжину вiльного пробiгу його молекул?
Варiанти вiдповiдi Так Нi
Не
знаю
1
2
3
4
5
6
7
Якi термодинамiчнi системи вважаються нерiвноважними? Якi явища в нерiвноважних термодинамiчних системах називаються явищами переносу i якими фiзичними властивостями вони надiленi?
Варiанти вiдповiдi Так Нi
Не
знаю
1
2
3
4
5
6
7