Международный союз охраны природы

Можно то же самое сказать несколько по-иному. С появлением в газе твердой стенки все молекулы, оказавшиеся вблизи нее и на расстоянии, меньшем длины свободного пробега, в первое мгновение стали со стороны стенки ближе к точке своего соударения, чем были до этого ранее в объеме газа (рис. 27). Каждая такая молекула получает возможность вследствие укороченности пробега меньше задержаться и, значит, направиться в противоположную сторону, где пробег длиннее и она, следовательно, задерживается дольше. Это создает ускорение движения молекулы от стенки. В первое мгновение появления стенки как бы увеличивается плотность газа вблизи нее, так как отсекается часть свободного пространства, где ранее заканчивали свой свободный пробег молекулы. Поэтому вблизи стенки, стремясь уменьшить такую одностороннюю плотность, молекулы с силой удаляются от нее.

Следовательно, у стенки сосуда в газе образуется слой толщиной, равной длине свободного пробега молекулы, где происходит ускорение удаления молекул от стенки за счет асимметричности вероятностного контура пробега и существует повышенное давление этого слоя на весь остальной объем газа за счет большей частоты соударения молекул в нем. Но ускорение движения молекул приводит к созданию здесь вакуумных пустот, которые должны заполниться молекулами, залетающими сюда из остального объема газа. Чем быстрее удаляются молекулы, тем больше создают вакуумных пустот и тем скорее эти пустоты будут заполняться другими молекулами, так как газ стремится поддерживать свое давление постоянным, т.е. в этом слое происходит ускорение самодиффузии молекул. Однако что же получается при таком ускорении? С увеличением частоты прихода-ухода молекул увеличивается количество интервалов, когда одна молекула ушла, а новая на ее место еще не пришла. Эти процессы очень быстрые, но не одновременные, поэтому, чтобы освободить место для новой молекулы, прежняя должна сначала уйти от стенки на расстояние, большее толщины пристеночного слоя. На это уйдет какое-то время. И только потом, когда место освободится, придет новая молекула из-за пределов слоя. На это тоже уйдет какое-то время. Вот в эти два периода у стенки будет существовать вакуумная пустота. Чем больше приходов-уходов молекул, тем больше вакуумных пустот будет накапливаться у стенки и тем меньше здесь будет реальная плотность газа. За счет этого происходит разуплотнение пристеночного слоя газа по сравнению с тем, когда стенки еще не было, т.е. как бы его вскипание. Это уменьшает частоту ударов молекул о стенку в пристеночном слое, выравнивая ее с частотой соударений молекул между собой в остальном объеме газа и приводя его в равновесное состояние в целом по всему объему и у стенки. Время достижения этого равновесного состояния близко ко времени движения молекул на несколько длин свободного пробега, т.е. почти мгновенное.

Увеличение степени “разрыхленности” газа у стенки по мере ускорения самодиффузии молекул можно представить себе на основе простого опыта. Если на барабан насыпать слой шариков для пинг-понга и производить удары палочкой снизу барабана, на котором они лежат, то шарики будут подскакивать. Если эти удары будут редкими, то слой шариков будет только периодически подскакивать и разрыхляться, в целом оставаясь большую часть времени плотной массой. Если же увеличивать количество ударов, то шарики будут все чаще и чаще подпрыгивать, образуя в конце концов разрыхленный толстый слой постоянно находящихся в движении шариков в виде как бы вспененной массы. Наверное, все видели этот эффект по телевизору, когда перемешивались шарики для спортлото. Совершенно равноценный эффект проявился бы, если каждый шарик сам, в силу собственной кинетической энергии, ударяясь о барабан, отскакивал от него, как молекулы газа отскакивают от стенок сосуда. Скорость самодиффузии возрастает по мере приближения к стенке, соответственно, увеличивается и степень “вскипания” и разрыхления газа и выравнивания таким образом частоты соударения молекул во всеми объеме газа.

Практически мгновенное появление твердой стенки в газе может осуществляться при увеличении объема того сосуда, в котором заключен газ (при сохранении в нем постоянного давления). В этом случае поверхностные слои газа, которые контактировали со стенкой, как бы разрываются в большом объеме сосуда и в контакт с ней из глубины приходят новые слои, которые до этого не контактировали с ней. Каждый такой разрыв и приход в контакт новых глубинных слоев – это мгновенный процесс, подобный описанному выше появлению твердой стенки внутри газа.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56