СЕВМАШВТУЗ Кафедра физики 12 Курсовая работа по молекулярной физике по теме Разрежнные газы и их свойства. Радиометрический эффект.Молекулярное течение ультраразрежнного газа Студентки группы 4302 Преподаватель Юрин Ю.М. Северодвинск 2003 Содержание.стр. Введение.I. Анализ литературных источников.4 1. Вакуум 2. Эффузия разрежнного газа.3. Тепловая эффузия 4. Изометрическая эффузия через пористую перегородку 5. Тепловое скольжение 6. Радиометрический эффект7. Молекулярное течение ультраразрежнного газа через прямолинейную трубу 8. Выводы17 Постановка целей и задач курсовой работы 18 II. Иллюстрация разреженных и ультраразреженных газов на примерах решения задач1. Иллюстрация эффекта Кнудсена2. Иллюстрация изометрической эффузии через пористую перегородку 3. Иллюстрация течений разреженных и ультраразреженных газов 4. Выводы.26 Заключение 27 Список литературы 28 Введение В моей курсовой работе анализируются основные особенности процессов переноса в условиях вакуума, рассматриваются обмен молекулами через пористую перегородку в разрежнных газах и взаимодействие молекул с поверхностью твердого тела. Актуальность моей работы состоит в том, что вакуум широко применяется во многих отраслях промышленности.
Например, вакуумная техника имеет огромное значение для производства электровакуумных приборов радиоламп, фотоэлементов и др. Новизной является то, что я собрала и проанализировала найденный мною материал в одну работу, а также привела к теоретической части несколько примеров и задач на заданную тему. Под полезностью подразумевается анализ формул и соотношений, формулировка и иллюстрация основных понятий и законов.
I. Анализ литературных источников 1. Вакуум При уменьшении давления длина свободного пробега увеличивается. Когда она становится равной линейным диаметрическим размерам объекта, то молекулы сталкиваются лишь со стенками сосуда если объем ограничен стенками и практически не сталкиваются друг с другом. То есть если средняя длина свободного пробега того же порядка, что и характерный линейный размер сосуда d, в котором заключен газ, или больше, то состояние газа называют вакуумом.2, стр. 378 Понятие вакуума относительно. Чем больше линейный размер области, тем при меньшем давлении он достигается.
При нормальных атмосферных условиях l 10-6см, т.е. условия вакуума соблюдаются лишь в очень малых объемах с линейными размерами 10-6см. Поскольку l 1p, то при давлении p10-3 Па l 102см 1 м, т.е. условия вакуума соблюдаются в достаточно больших объемах.
Различают три вида вакуума а. Низкий, когда меньше характерного размера сосуда d, но приближается к нему б. Средний, когда сравнима с d в. Высокий или глубокий, когда значительно больше d. Газ в состоянии высокого вакуума называется ультраразреженным.
В плотных газах d. В этих случаях столкновения между молекулами самого газа играют основную роль в его поведении.
В другом предельном случае, когда газ становится ультраразреженным, столкновения между самими молекулами относительно редки и перестают играть заметную роль. Основную роль в этом случае играют столкновения молекул со стенками сосуда.
Одной из особенностей высокого вакуума является невозможность возникновения в нем конвекционных потоков. Это связано с тем, что в высоком вакууме молекулы практически не сталкиваются между собой, а движутся от стенки к стенке совершенно независимо. Наиболее трудным для теории является случай среднего вакуума, когда d. 2. Эффузия разреженного газа Пусть сосуд разделен перегородкой на две части А и В.1, стр. 357 Часть А заполнена газом, в части В газа нет. Выделим мысленно на поверхности перегородки площадку s. Число молекул, ежесекундно ударяющихся об эту площадку, равно 1 где С - постоянная, равная. Проделаем теперь в перегородке отверстие, площадь которого равна s. Число молекул, пролетающих ежесекундно через это отверстие из A в B, зависит от его размеров, толщины перегородки и средней длины свободного пробега. При обычных давлениях и не слишком малом отверстии средняя длина свободного пробега очень мала по сравнению с размерами отверстия.
В этом случае вблизи отверстия возникает упорядоченное коллективное движение газа, направленное к отверстию.
Распределения концентрации и скоростей молекул газа вблизи отверстия претерпят существенные изменения по сравнению с теми, какими они были бы при отсутствии отверстия. Формула 1 к рассматриваемому случаю не применима, так как она выведена в предположении, что молекулы газа движутся хаотически. Но если размеры отверстия, а также толщина перегородки малы по сравнению с, то столкновения между молекулами перестают играть роль. Все определяется столкновениями молекул со стенками сосуда.
Это никак не скажется на распределении концентрации и скоростей молекул во всем сосуде, в частности и вблизи отверстия. В этом случае формула 1 применима. Поток молекул газа через отверстие в стенке называется эффузионным потоком, если размеры отверстия и толщина стенки малы по сравнению с длиной свободного пробега. Допустим теперь, что по разные стороны перегородки находится один и тот же газ, но при разных давлениях и температурах.1, стр. 358 Если газ находится в состоянии высокого вакуума, то возникнут два эффузионных потока из A в B и из B в A. Ввиду отсутствия столкновений между молекулами эти два потока совершенно независимы друг от друга.
Поэтому количество молекул, ежесекундно проходящих через отверстие s из A в B, определится выражением 2 где PA,PB,TA,TB давления и температуры газа в A и B. В состоянии равновесия, когда средние числа молекул в A и B остаются неизменными, должно быть N0, т.е 3 Наконец, рассмотрим случай, когда по разные стороны перегородки находятся разные газы в части A газ 1 с молекулами массы m1. В части B газ 2 с молекулами массы m2. В результате эффузии газ 1 проникает в B, газ 2 в A. Пусть P1,A и P1,B парциальные давления газа 1 по разные стороны перегородки. Аналогичные обозначения введем для газа 2. Поток газа 1 из A в B будет Обратный поток газа 2 из B в A В начальный момент, когда P2,A P1,B, 4 В частности, когда температуры и начальные давления одинаковы, Эффузионные потоки при прочих равных условиях обратно пропорциональны квадратным корням из масс молекул.
На этом основан один из методов разделения изотопов. В нем используется эффузия через мембрану с множеством малых отверстий. 3.
. II. Из этих величин можно составить две независимые безразмерные комбинаци... в сторону возрастания температуры. Это явление называется тепловым скольжением.1, стр.
Постановка целей и задач курсовой работы Цель моей курсовой работы иллюстрация основных формул, соотношений и законов, рассмотренных в главе I Анализ литературных источников.
В этой главе я рассмотрю несколько примеров и задач на заданную тему курсовой работы. III. Иллюстрация разреженных и ультраразреженных газов на примере решения задач 1. 1.
. Иллюстрация эффекта Кнудсена. Сосуды с объемами V1 и V2 соединены между собой цилиндрическим капилля... 2. а.
Сосуд разделен на две равные части тонкой перегородкой с маленьким отв... Принимая во внимание, что, заключаем, что число частиц сорта a, протек... Поэтому уравнение для изменения числа молекул в первом сосуде имеет ви... Решая это уравнение при начальном условии na10n, получаем .14 Для na2t... Полное число частиц в каждой из половин изменяется с течением времени ...
b В круглой цилиндрической трубе диаметром d0,04 м с дросселем D рис. 5 течет воздух при пониженном давлении p1 и температуре заторможенного... При течении со скольжением принять у0,89. Число Re и Knr определяем по формулам и Knrl1r. Течение газа считать свободномолекулярным при диффузном взаимодействии...
Заключение В своей курсовой работе я рассмотрела разреженные газы и их свойства, течения ультраразреженных газов.
Дала основные понятия и формулы.
А также на основе теоретической части предоставила решение нескольких задач, тем самым проиллюстрировала некоторые эффекты и законы движения газов.
Список литературы 1. Д. В. Сивухин.
Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика т.2. М 1979 г. 2. А. Н. Матвеев. Молекулярная физика. М 1981 г. 3. Сборник задач и упражнений по газовой динамике. Под ред. В. С. Бекнева. М 1992 г.