Эффект Кнудсена

Эффект Кнудсена (явление тепловой эффузии) — явление перетекания при одинаковых давлениях разреженного газа через поры (малые отверстия) от более низкой к более высокой температуре.

История

В 1934 году эффект описан в книге «Кинетическая теория газов» Мартином Кнудсеном.

Количественное рассмотрение

Газ разреженный. Длина свободного пробега велика по сравнению с диаметром отверстия, через которое происходит перетекание. С любой его стороны через него проходит

$N=\frac{1}{4}n\bar{v}s=ns\sqrt{\frac{kT}{2\pi m}}=nskT\sqrt{\frac{1}{2\pi kmT}}=\sqrt{\frac{1}{2\pi k}}\cdot sP\cdot \sqrt{\frac{1}{mT}}$

частиц: условием динамического равновесия является $\frac{P_1}{\sqrt{T_1}}=\frac{P_2}{\sqrt{T_2}}$. В случае совпадающих давлений будет происходить поток $P\left(\frac{1}{\sqrt{T_1}}-\frac{1}{\sqrt{T_2}}\right)$: он положителен, если $T_1<T_2$, то есть направлен к более высокой температуре.

Значение

Тепловая эффузия имеет важное значение в природе. Днем поверхность земли нагревается солнечными лучами. Из более глубоких слоёв почвы воздух выходит по капиллярам на поверхность и рассеивается ветром, и ночью наружный слой почвы охлаждается — возникает обратный поток воздуха в более глубокие слои почвы. Описанное порождает обмен воздуха в почве, необходимый для жизнедеятельности растений.

См. также

• Кнудсеновская диффузия

Литература

• Шаблон:Книга:Сивухин Д.В.: Термодинамика и молекулярная физика