Efuzja (fizyka)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy tematu związanego z fizyką. Zobacz też: Efuzja (geologia).

Efuzja – wypływ gazu (lub cieczy) przez bardzo mały otwór.

Formalny opis efuzji zależy od ciśnienia gazu.

Efuzja przy bardzo małym ciśnieniu[edytuj | edytuj kod]

Gdy różnica ciśnień po obu stronach otworu jest niewielka a średnica otworu jest mała w porównaniu ze średnią drogą swobodną molekuły, wówczas wypływ gazu jest swobodnym ruchem molekuł przez otwór.

Szybkość efuzji przy małym ciśnieniu wynika z ruchu cząsteczek gazu.

Gdy z jednej strony przegrody jest gaz a z drugiej próżnia, masę cząsteczek przepływających w jednostce czasu przez otwór o powierzchni (S) określa wzór[1]

 \mu = {\frac 1 4} \rho \overline{c} S = p S \sqrt {\frac {M}{2 \pi R T}} = S \sqrt{\frac {p \rho} {2\pi}}

Z wzoru tego wynika prawo Grahama podające stosunek wydatków w molowych (R):

 n = \frac m M
 R = \frac {p} {\sqrt {2 \pi MRT}}
 \frac {R_1} {R_2} = \sqrt {\frac {M_2} {M_1} }

gdzie:

  •  \mu  – wydatek masowy jednostki powierzchni, czyli masa przepływającego gazu w jednostce czasu z otworu o jednostkowej powierzchni
  •  \rho gęstość gazu
  •  \overline{c} – średnia prędkość cząsteczek gazu
  • pciśnienie
  • Mmasa cząsteczkowa gazu
  • R – uniwersalna stała gazowa
  • Ttemperatura
  • S – pole powierzchni otworu
  • Ri – liczba moli substancji i, która przepłynie przez otwór.

Efuzja przy dużym ciśnieniu[edytuj | edytuj kod]

Gdy ciśnienie jest duże i droga swobodna cząsteczek jest mniejsza od średnicy otworów, wówczas wydajność objętościowa jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z gęstości gazów. Związek ten określany jest prawem Grahama. Jeżeli gazy spełniają równania gazów doskonałych, to zależność ta prowadzi do tej, opisanej w efuzji przy małym ciśnieniu.

Zastosowania[edytuj | edytuj kod]

Efuzja stosowana jest do pomiaru bardzo małych jak i bardzo dużych ciśnień, określania gęstości gazów. Wykorzystywana jest też do rozdzielania gazów. Jest stosowana do wzbogacania uranu przez efuzję fluorku uranu.

Przypisy

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

"Encyklopedia fizyki" praca zbiorowa PWN 1973 t. 1 s. 456