Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Две лопасти l и !', вставленные в разрез цилиндра и раздвигаемые пружиной 2, разделяют пространства между цилннд. рам н стенкой полости на две части. Газ из откачнваемого сосуда поступает в область 3, па мере паворачнвания цилиндра лопасть / отходит, пространство 3 увеличивается н газ засасывается через трубку 4. При дальнейшем вращении лопасть !' отключает пространство 3 ат трубки 4 и начинает вытеснять газ через клапан 5 наружу, Весь процесс непрерывно повторяется. Для получения высокого вакуума применяются диффузионные насосы (рабочее вещество — ртуть или масло), которые не способны откачивать газ из сосудов начиная с атмосферного давления, на способны создавать добавочную разность давлений, поэтому их употребляют вместе с форвакуумиыми насосами.
Рассмотрим схему действия диффузионного насоса (рис. 73). В колбе ртуть нагревается, пары ртути, поднимаясь по трубке !, вырывают- Г)сионы молекул«рина физики и термодинамики Вм«акий»«куум Рнс. 73 Рис. 75 Рис. 74 си из сопла 2 с большой скоростью, увлекая за собой молекулы газа из откачиваемого сосуда (в нем создан предварительный вакуум). Эти вары, попадая затем в «водяную рубашку», конденсируются и стекают обратно в резервуар, а захваченный газ выходит в пространство (через трубку 3), в котором уже создан форвакуум.
Если применять многоступенчатые на. сосы (несколько сопл расположены последовательно), то реально при хороших уплотнениях можно с помощью них получить разрежение до !О' ' мм рт. ст. Для дальнейшего понижения давления применяются так называемые «ловушки». Между диффузионным насосом и откачиваемым объектом располагают специально изогнутое колено (1 или 2) соединительной трубки (ловушку), которую охлаждают жидким азотом (рис. 74). При такой температуре пары ртути (масла) вымораживаются и давление в откачиваемом сосуде понижается приблизительно на !— 2 порядка. Описанные ловушки называют охлаждаемымн; можно применять также неохлаждаемые ловушки.
Специальное рабочее вещество (например, алюмогель) помешают в один из отростков соединительной трубки вблизи откачиваемого объекта, которое поддерживается при температуре 300 'С. При достижении высокого вакуума алюмогель охлаждается до комнатной температуры, при которой ан начинает поглощать имеющиеся в системе пары. Преимущество этих ловушек состоит в том, что с их помощью в откачиваемых объектах можно поддерживать высокий вакуум уже после непосредственной откачки в течение даже нескольких суток 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.
Рассмотрим два сосуда 1 и 2, поддерживаемых соответственно при темпера- турах Т~ и Ту (рис. 75) и соединенных между собой трубкой. Если длина сво бодного пробега молекул гораздо меньше диаметра соединительной трубки ((1) (С « й), то стационарное состояние газа характеризуется равенством давлений в обоих сосудах (р, =ру). Стационарное же * Л. Дьюар (!842- (923) — английский химик и физик. Г л а а а 8. Молекулярно.кинетическая теория идеальных газов К насосу Рис.?б Контрольные вопросы Почему термодинамический и статистический (молекулярно-кинетический) методы исследова- ния макроскопических систем качественно различны н взаимно дополняют друг друга? >4та такое гермодниамические параметры? Какие термодинамические параметры вам известны? Как объяснить закон Бойля †Марио> с точки зрения молекулярно.кинетической теории? Какими законами описываются изобарные и изохориые процессы? Каков физический смысл постоянной Авогадро? числа Лошмидта? Прн некоторых значениях температуры и лавления азот количеством вещества 1 моль занимает объем 20 л.
Какой объем при этих же условиях займет водород количеством ве>цества ! моль? В чем заключается молекулярно-кинетическое толкование давления газа> термодииамической температуры> В чем содержание н какова цель вывода основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов? Каков физический смысл Функции распределения молекул по скоростям? па энергиям? Как, зная Функцию распределения молекул по скоры>тям, перейти к функции распределения по энергиям> Во сколько раз н как изменится средняя скорость движения молекул при переходе о> кислорода к водороду> В чем суть распределения Больцмана> Зависит ли средняя длина свободного пробега молекул от температуры газа? Почему? Как изменится средняя длина свободного пробега молекул с увеличением давления? В чем сушнасть явлений переноса? Каковы они и прн каких условиях возникают? Объяснить Физическую сушиость законов Фурье> Фина? Ньютона? Каков механизм теплопроводностн ультраразрежеиных газов? в состояние ультраразреженного газа ((!) ~с(), находящегося в двух сосудах, соединенных трубкой, возможно лишь в том случае, когда встречные потоки частиц, перемещающихся из одного сосуда в другой, одинаковы, т.
е и> (и>) =их (от), (49.1) где и, и пз — концентрации молекул в обоих сосудах, ( о>) и ( пз) — средние скорости молекул. Учитывая, что и = =»»» > >->Ьхг>> и>. (49.() получаем р>/р.=з>/Г>/?'>, (49.2) т. е, в условиях высокого вакуума выравнивания давлений не происходит Если в откачанный стеклянный баллон (рис. 76) на пружину 1 насадить слюднной листо. чек 2, одна сторона которого зачернена, и освещать его, то возникнет разность температур между светлой н зачерненной поверхностями листочка.
Из выражения (49.2) следует, что в данном случае разным будет и давление, т.е. молекулы от зачерненной поверхности будут отталкиваться с большей силой, чем от светлой, в результате чего листочек отклонится. Это явление называется радиометрическим эффектом. На радиометрическом эффекте основано действие радиометрического манометра. 2 Ошпжы чшцктзигцоп физики и 1срчозипзмикп Задачи 8,1. Начертить и обьяснить графики изатермического и изобарного процессов в координатах р и )', р и Т, Т и 1~. 82. В сосуде при температуре 1=20'С и давлении р=02 МПа содержится смес~ газов —- кислорода массой т~=(б г и азота массой тт=21 г. Определить платность смеси.
[2,5 кг/м'] 8.3. Определить наиболее вероятную скорость молекул газа, плотность которого при давлении 40 кПа составляет 0,35 кг/м'. [478 м/с ] Используя закон для распределения молекул идеального газа по скоростям, найти закан, выражающий распределение молекул по отиосительиыч скоростям и (и=о/о.) [](и)= 4 = — — е 'и ] т/я Воспользовавшись законом распределения идеального газа по относительным скоростям (см. задачу 8.4), определить, какая доля молекул кислорода, находящегося при темпера.
туре 1 =0 'С, имеет скорости ат 100 до 1!О м/с. [ 0 4 ] 8.4. 8.5. 8.8. На какой высоте плотность воздуха в два раза меньше, чем его платность иа уровне морят Считать, что температура воздуха везде одинакова и равна 273 К, [ 5,5 км ] 8.7. Определить среднюю продолжительность свободного пробега молекул водорода при температуре 300 К и давлении 5 кПа Эффективный диаметр молекул принять равным 0,28 нм. [170 нс ] 8.8.
Коэффициенты диффузии и внутреннего трения при некоторых условиях равны соответственно 1,42 10 " м'/с и 8,5 мина с. Определить концентрацию молекул воздуха при этих умишках. [1,25 ° 10" м Глава 9 Основы термодинамики 550. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергия по степеням свободы молекул Г'ис 77 Важной характеристикой термодинамической системы является ее внутренняя энергия (/ — энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц Из этого определения следует, что к внутренней энергии не относятся кинетическая энергии движения системы как целого и потенциальная энергия системы во внешних полях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
