5.3. Уравнение эффузии

О явлении эффузии и применении молекулярных пучков в физических исследованиях мы неоднократно упоминали. Молекулярный пучок даёт возможность изучать не только статистические системы, но и изолированные атомы и молекулы.

Подобные исследования увенчались несколькими Нобелевскими премиями. Среди них отметим, например, опыты Штерна и Герлаха, приведшие к открытию спина и связанного с ним магнитного момента электрона; опыты Раби и его сотрудников, давшие возможность выполнить точные измерения магнитных моментов ядер; а также, опыты Куша и Лэмба, которым мы обязаны современным пониманием квантовой теории электромагнитных взаимодействий [13].

Явление эффузии описывается уравнением, которое определяет эффузионный поток через микроскопические и макроскопические параметры. Эффузионный поток – это число частиц, протекающих за 1секунду через отверстие сечением, диаметр которого,– средняя длина свободного пробега молекул

Уравнение (5.11) может быть получено способом, который мы использовали при выводе формулы давления (5.3).

Подставляя в уравнение (5.11) выражения для концентрации частиц из (5.3) и средней скорости молекулы газасогласно (4.23), приведем его к виду

где , ее значение нетрудно вычислить.

Уравнения (5.11) и (5.12) применяются при рассмотрении явлений переноса в вязких и ультра разряженных газах. Эти вопросы будут рассматриваться в конце лекционного курса.

Вывод уравнения эффузии включён в программу семинарских занятий.

5.4. Измерение давления

В научной и производственной практике в настоящее время требуется измерять давления в широком диапазоне от доПа.

Методы измерения давления достаточно разнообразны, они изучаются в общем физическом практикуме. Здесь же на приведенной ниже схеме 5.4.1 дадим классификацию приборов для измерения давления в различных диапазонах.

Схема 5.4.1.

5.5. Определение и измерение температуры

Понятие температуры является одним из важнейших в молекулярной физике. Оно непростое, и его содержание для нас будет постепенно развиваться в процессе изучения дисциплины. В рамках микроскопической теории были разработаны два подхода к определению температуры (4.5) и (4.20). Эти подходы несут разные смыслы, но определяют одну величину. Возникает вопрос, что же мы измеряем термометром?

Эмпирически температура определяется как мера «нагретости» тела.

Температура является косвенно измеряемой величиной. Её измерение сводится к измерению некоторой величины, характеризующей тело, которая изменяется с изменением его «нагретости». Тело, выбираемое для измерения «нагретости» называется термометрическим, а величина, посредством которой измеряют температуру – называется термометрической величиной. Устройство термометров различается прежде всего по этим параметрам (см. схему 5.5.1). Для проведения процедуры измерения необходимо установление температурной шкалы. Построение эмпирических шкал в свою очередь требует определения особых реперных точек, т.е. неизменных воспроизводимых температур.

Все эти аспекты мы рассмотрим на примере построения эмпирической шкалы газового термометра.

Схема 5.5.1.

Для измерения низких температур (порядка 1) используется измерение магнитных свойств тела при данной температуре.

Термометрическая величина – магнитная восприимчивость парамагнитной соли .