Transpiración térmica
La transpiración térmica [1] es la infiltración térmica de un gas altamente enrarecido , por ejemplo, a través de un pequeño orificio de una parte a otra de un recipiente debido a la diferencia de presión entre partes calentadas de manera diferente. [2]
Condición de equilibrio
La ausencia de colisiones entre moléculas en un gas enrarecido conduce a una peculiar condición de equilibrio entre diferentes partes del gas en un volumen cerrado. Sean dos partes A y B de un recipiente con gas, cuyas temperaturas son respectivamente T A y T B , conectadas entre sí por una abertura S (Fig. 66). ¿Bajo qué condiciones se establece el equilibrio entre las partes A y B, es decir, no habrá movimiento de gas? Es obvio que el equilibrio se establece cuando, al mismo tiempo, el número de moléculas que pasan de A a B es igual al número de moléculas que pasan en dirección opuesta.
El número de partículas que atraviesan el orificio S en un segundo es proporcional al producto del número de partículas por unidad de volumen y su velocidad térmica , por lo que la condición de equilibrio para el equilibrio de los gases se puede escribir como:
donde es el número de moléculas, es la velocidad térmica promedio de las moléculas de gas en A y B.
Dado que
donde es la constante de Boltzmann . Obtenemos eso:
es decir, la presión en ambas partes del gas es proporcional a la raíz cuadrada de las temperaturas de estas partes.
En los gases densos, la igualdad de presiones provoca el movimiento del gas en su conjunto, lo que conduce a la igualación de presiones. En un gas enrarecido, las moléculas se mueven independientemente unas de otras y la diferencia de temperatura no puede provocar el movimiento de todo el gas. Por lo tanto, la ley de Pascal no funciona , ya que un gas enrarecido no se considera como un medio continuo.
Prueba experimental
Experiencia de Osborne Reynolds :
La placa S hecha de una sustancia porosa (en lugar de un agujero) se fija entre dos anillos de ebonita cubiertos con discos metálicos D 1 y D 2 (Fig. 67) El gas de prueba (aire) se aísla entre estos discos y la placa porosa. El disco D 2 se enfría con agua corriente y el disco D 1 se calienta con vapor, creando así una diferencia de temperatura entre los volúmenes de gas a ambos lados de la placa. Con la ayuda de manómetros conectados con los tubos L 1 y L 2 , se miden las presiones p 1 y p 2 .
Las mediciones mostraron que a presiones suficientemente bajas se cumple la ecuación. A altas presiones, la diferencia de presión desapareció.
Notas
- ↑ Concepto introducido por Osborne Reynolds .
- ↑ Kikoin A.K., Kikoin I.K. Curso general de física. Física Molecular: 1976