Диффузия газов 2.2.1

1. Диффузия газов 2.2.1

Диффузией называют
самопроизвольное взаимное
проникновение веществ друг в
друга, происходящее
вследствие хаотичного
теплового движения молекул.
Работу выполнили:
Сухов Артем и Полоник Иван
«yaminegotovi»

2. Закон Фика

2
Закон Фика
Плотность потока
компонента
n
j D
x
Коэффициент диффузии
P (nHe nв )kT
P const T const
Концентрация
компонента
nHe nв
Достаточно рассмотреть Гелий:
nHe
jHe D
x

3.

Оценка коэффициента диффузии
nHe nв
1
D
3
He N , O
2
1
2
2 d He n
- Попов П.В. Диффузия,
- Курс Термодинамики ТПУ
2
8 RT
He
P
n
kT
3

4.

Расчётная формула
1 8 RT
D
3 He
kT
2
2 d P
80
см
D,
с
60
Проверим линейность
таковой зависимости
4
40
Диаметр
молекулы гелия
2
1
1
, торр
P
20
0
0
0,05
0,1

5. Экспериментальная установка

5
Форвакуумный насос
V1
V2
EP Ek
Контроль - манометр
В V1 напускаем гелий до 0,1P
В V2 только воздух
Выравниваем давления открывая
боковые краны на 30-60 секунд

6. Квазистационарное приближение

j const
6
n
n( x )
x
n n2 n1
L
d (n1V ) d (n2V )
jS
dt
dt
d ( n) n
1 VL
dt
D 2S
SL V

7. Методика измерений разности концентраций

U k n
n n0 e
t /
Баланс «моста»
k const n
U U 0e
7
t /
Датчик теплопроводности

8. 40 торр, рабочее давление (45 мВ)

350
8
U , у.е.
300
250
200
150
Время установления
стационарного течения
100
t 7 с
50
0
0
50
t, с
100
150
200

9. Находим характерное время выравнивания

t
U0
ln
U
122 2 с
9

10. Подтверждение расчётной модели

27
см
D,
с
22
2
D
V ( L / S )
5%
D
V L/S
2
1 VL
D
2S
17
10
2
2
Расчёт
Эксперимент
P
10%
P
12
1 8 RT
D
3 He
7
kT
2 d 2 P
2
0,003
0,008
0,013
0,018
0,023
1
1
, торр
P
0,028

11. Не зависит от соотношения газов

27
см
D,
с
22
17
2
11
PHe 0,9 P
Расчёт описывает
эксперимент
12
1
1
, торр
P
7
2
0,003
0,008
0,013
0,018
0,023
0,028

12. Оценка длины пробега и эффективного сечения

12
4
3 18 10
6
4,3
10
5%
3
1, 26 10
3D
23
kT
1,38 10 300
19
1,8
10
15%
6
P 4,3 10 (40 133)

13. Оценка времени установления течения

13
1
3D
D
3
диф
L
2
2
L
10
2c
4
3D 3 18 10
Попали в порядок

14. Выводы

14