Тепловое скольжение

Тепловое скольжение — явление перемещения слоя газа, находящегося у поверхности твёрдого тела, поверхность которого нагрета неравномерно, в направлении к более высокой температуре. Наблюдается в среде, являющейся разреженным газом .

Качественное рассмотрение

Если поверхность тела нагрета неравномерно, то среди ударяющихся в одну точку молекул газа большую скорость имеют те, которые находятся со стороны большей температуры. Они передают телу разность тангенциальных импульсов в направлении, обратному градиенту температуры. По третьему закону Ньютона в приповерхностном слое газа появляется сила, направленная к более высокой температуре, куда при достаточно малой силе сопротивления будет происходить его перемещение.

Количественное рассмотрение

Пусть A — точка поверхности тела, ось X направлена в сторону увеличения температуры, координата точки A равна x. Усредняя, можно считать, что все попадающие в точку A молекулы имели последнее столкновение в плоскостях $x+{\bar{\lambda }}_x$ и $x-{\bar{\lambda }}_x$, где $\lambda$ — длина свободного пробега газа. Если скорость скольжения газа равна u, то средние значения скорости молекулы вдоль оси X в этих плоскостях будут соответственно ${\bar{v}}_x(x+{\bar{\lambda }}_x)-u$ и ${\bar{v}}_x(x-{\bar{\lambda }}_x)+u$. При стационарном скольжении прекратится передача тангенциального импульса от газа к телу и обратно. Тогда будет выполняться

${\bar{v}}_x(x+{\bar{\lambda }}_x)-u={\bar{v}}_x(x-{\bar{\lambda }}_x)+u$,

откуда

$u={\bar{\lambda }}_x\frac{d{\bar{v}}_x}{dx}$

Очевидно, что в силу изотропности пространства $\overline{{\lambda }^2}=3\overline{{\lambda }_x^2}$. Можно считать, что $\overline{{\lambda }_x}=\frac{\bar{\lambda }}{\sqrt{3}}$. Теорема о равнораспределении даёт $m{v}_x^2\approx kT$. Отсюда

$u\approx \frac{\lambda }{2}\sqrt{\frac{k}{3mT}}\frac{dT}{dx}$

Следовательно, тепловое скольжение заметно в разреженных газах, для которых длина свободного пробега $\lambda$ велика.

См. также

• Радиометрический эффект