Выпот - Effusion

Изображение слева показывает излияние, а изображение справа показывает диффузию . Вытекание происходит через отверстие, меньшее, чем длина свободного пробега движущихся частиц, тогда как диффузия происходит через отверстие, через которое могут проходить несколько частиц одновременно.

В физике и химии эффузия - это процесс, при котором газ выходит из контейнера через отверстие, диаметр которого значительно меньше длины свободного пробега молекул. Такое отверстие часто называют точечным отверстием, и утечка газа происходит из-за разницы давлений между контейнером и внешней частью. В этих условиях практически все молекулы, которые достигают отверстия, продолжают движение и проходят через отверстие, поскольку столкновения между молекулами в области отверстия незначительны. И наоборот, когда диаметр больше, чем длина свободного пробега газа, поток подчиняется закону потока Сэмпсона .

В медицинской терминологии излияние означает скопление жидкости в анатомическом пространстве , обычно без локализации . Конкретные примеры включают субдуральный , сосцевидный , перикардиальный и плевральный выпоты .

Этимология

Слово излияние происходит от латинского слова effundo, что означает «проливать, изливать, изливать, разносить, щедро, расточительно».

Излияние в вакуум

Вытекание из уравновешенного контейнера во внешний вакуум можно рассчитать на основе кинетической теории . Число столкновений атомов или молекул со стенкой контейнера на единицу площади в единицу времени ( скорость столкновения ) определяется как:

предполагая, что длина свободного пробега намного больше диаметра точечного отверстия, и газ можно рассматривать как идеальный газ .

Если пробить небольшую область на контейнере и превратить ее в маленькое отверстие, скорость эффузивного потока будет равна

где - молярная масса , - постоянная Авогадро , - газовая постоянная .

Средняя скорость истекающих частиц составляет

В сочетании с эффузивной скоростью потока сила отдачи / тяги в самой системе равна

Примером может служить сила отдачи воздушного шара с маленьким отверстием, летящего в вакууме.

Меры расхода

Согласно кинетической теории газов , кинетическая энергия газа при температуре равна

где - масса одной молекулы, - среднеквадратичная скорость молекул, - постоянная Больцмана . Средняя молекулярная скорость может быть рассчитана из распределения Максвелла как (или, что то же самое, ). Скорость истечения газа с молярной массой (обычно выражается как количество молекул, проходящих через отверстие в секунду), тогда

При этом разность давления газа через барьер, является областью отверстия, является постоянной Авогадро , является газовая постоянная , и это абсолютная температура . Предполагая, что разница давлений между двумя сторонами барьера намного меньше, чем среднее абсолютное давление в системе ( т. Е. ), Можно выразить эффузионный поток как объемный расход следующим образом:

или

где - объемный расход газа, - среднее давление по обе стороны от отверстия, - диаметр отверстия.

Влияние молекулярной массы

При постоянном давлении и температуре среднеквадратичная скорость и, следовательно, скорость излияния обратно пропорциональны квадратному корню из молекулярной массы. Газы с более низкой молекулярной массой истекают быстрее, чем газы с более высокой молекулярной массой, так что количество более легких молекул, проходящих через отверстие в единицу времени, больше.

Закон Грэма

Шотландский химик Томас Грэм (1805–1869) экспериментально обнаружил, что скорость истечения газа обратно пропорциональна квадратному корню из массы его частиц. Другими словами, соотношение скоростей истечения двух газов при одинаковой температуре и давлении определяется обратным соотношением квадратных корней из масс частиц газа.

где и представляют собой молярные массы газов. Это уравнение известно как закон излияния Грэма .

Скорость истечения газа напрямую зависит от средней скорости его частиц. Таким образом, чем быстрее движутся частицы газа, тем выше вероятность их прохождения через эффузионное отверстие.

Выпотная клетка Кнудсена

Эффузионный элемент Нудсен используется для измерения давления паров твердого тела с очень низким давлением паров. Такое твердое вещество при сублимации образует пар при низком давлении . Пар медленно выходит через точечное отверстие, и потеря массы пропорциональна давлению пара и может использоваться для определения этого давления. Теплота сублимации может быть также определена путем измерения давления пара в зависимости от температуры, используя соотношение Клаузиуса-Клапейрона .

использованная литература