2.4.1. Соударение частиц газа

Частицы газа обладают различными скоростями и, перемещаясь в объеме сосуда, соударяются как с его стенками, так и

друг с другом (фиг. 2.6). Как часто происходят эти соударения? Для данного газа это зависит от концентрации частиц в сосуде. При снижении концентрации относительное количество взаимных соударений уменьшается, но возрастает количество соударений со стенками; при больших концентрациях со стенками соударяются частицы, находящиеся вблизи них (фиг. 2.6,б).

Подставляя вместо n и vар соответствующие величины из (2.30) и (2.11) в формулу (2.14), получим выражение для количества частиц, ударяющихся о поверхность 1 см2 в течение 1 с:

(единицы: см-2•с-1, Тор, К). Масса этих частиц составляет

(единицы: г•с-1•см-2, Тор, К).

Взаимные соударения частиц

Как соударения между частицами, так и соударения частиц со стенками являются упругими, т. е. при соударении не происходит превращения энергии. Не изменяется также и потенциальная энергия частиц. Частицы могут изменять только свои скорости и направления движения, а суммы их энергий и импульсов остаются постоянными.

Одной из характеристик соударения является направление удара. Предельными случаями здесь являются центральный удар, когда скорости совпадают с линией центров, и касательный удар, когда частицы при встрече только касаются друг друга. В упрощенных расчетах вместо общего числа различных соударений принимается, что все соударения являются центральными, а их число в 2 раза меньше действительного числа соударений (коэффициент осреднения равен 0,5).

Вероятность взаимного соударения частиц тем больше, чем выше концентрация и больше их размеры, т. е. чем больше частиц в данном объеме и чем больше площадь поперечного сечения частицы.

С ростом вероятности соударений длина свободного пробега уменьшается. Этот пробег вычисляется как средняя величина по совокупности участков между очередными соударениями (фиг. 2.7) и называется средней длиной свободного пробега частицы. Она обратно пропорциональна концентрации газа и эффективной площади поперечного сечения частицы.