Cтраница 1
Вылетающая молекула 02 находится в возбужденном состоянии. [1]
Вследствие случайного характера толчка, приводящего к вылету молекулы, направление вылетающей молекулы также определяется законами случая - молекулъ; могут вылетать в направлении и перпендикулярном и наклонном к поверхности стенки. Совершенно естественно, что молекула газа, находившаяся накоторое время в адсорбционном слое, одинаково часто будет вылетать со слагающей скоростью, направленной как в сторону движения газа, так и в противоположную. Это есть следствие того, что вылет молекулы зависит исключительно от ее взаимодействия с твердой стенкой, а не от поведения окружающего газа. [2]
Отметим, что, согласно граничным условиям Максвелла, касательная компонента импульса и тепловая энергия вылетающих молекул зависят частично от скорости и температуры поверхности и частично от импульса и тепловой энергии приходящего потока. Нужно отметить, однако, что аккомодация импульса и энергии при физических взаимодействиях происходит различно, причем импульс теряется или приобретается значительно быстрее чем энергия; это обстоятельство указывает на основную неточность граничных условий Максвелла. [3]
Расчеты, основанные на (8.6), приемлемы, но серьезным недостатком модели является отсутствие какой-либо корреляции между распределениями падающих и вылетающих молекул. [4]
До того как изложенный метод моделирования ядер рассеяния был развит и применен, наилучший способ представления экспериментальных данных состоял в том, что для функции распределения вылетающих молекул подбиралось некоторое специальное выражение, содержащее свободные параметры, которые доопределялись путем подгонки к экспериментальным данным. В модели Шамберга предполагается постоянная скорость вылета, и эта модель довольно громоздка. [5]
В основе балансного подхода лежит идея использования сумма-торных инвариантов движения и предположение, что молекулярная функция распределения скоростей на поверхности может быть представлена в виде линейной комбинации максвелловской функции распределения, вычисленной на внешней границе слоя, и функции распределения вылетающих молекул. [6]
Как было указано ранее, рассеяние молекулярных пучков твердыми поверхностями является главным источником экспериментальных данных о взаимодействии молекул с твердой стенкой. В этих экспериментах пучок молекул с заданной функцией распределения падает на стенку и функция распределения вылетающих молекул определяется подсчетом молекул. Кроме того, эти результаты обычно относятся только к угловым распределениям. [7]
Молекулярный поток падает на левый торец структуры; справа от выходного отверстия находится сви-бодное пространство, поглощающее все вылетающие из структуры молекулы. В левой части рисунка показаны индикатрисы потока, формируемого в результате обратного рассеяния молекул; в правой части-индикатрисы потока вылетающих молекул. [8]
Поскольку при расширении газа в вакуум температура оставшегося газа не понижается ( точнее, почти не понижается), то от начала до конца молекулы будут вылетать с постоянной средней скоростью. Правда, реактивная сила нашего двигателя со временем будет убывать, но по другой причине: постепенное понижение давления в каюте понижает не скорость вылетающих молекул, а их число. Нас это может не интересовать, так как общее количество движения вылетающих молекул ( и, следовательно, изменение количества движения каюты) мы уже можем подсчитать. [9]
Воздух в ракете и в атмосфере находится при одинаковой температуре, скорости движения молекул одинаковы. Однако концентрация молекул газа в ракете больше, чем в атмосфере, поэтому при открывании сопла из ракеты в единицу времени вылетает большее количество молекул, чем влетает из атмосферы в ракету. Реактивная сила отдачи вылетающих молекул приводит ракету в движение. Выход воздуха из ракеты продолжается до тех пор, пока концентрация молекул в ракете не станет равной концентрации молекул в атмосферном воздухе. Этот процесс выравнивания концентраций можно приблизительно рассмотреть как процесс вылета из ракеты всех молекул воздуха, накачанных насосом. [10]
Поскольку при расширении газа в вакуум температура оставшегося газа не понижается ( точнее, почти не понижается), то от начала до конца молекулы будут вылетать с постоянной средней скоростью. Правда, реактивная сила нашего двигателя со временем будет убывать, но по другой причине: постепенное понижение давления в каюте понижает не скорость вылетающих молекул, а их число. Нас это может не интересовать, так как общее количество движения вылетающих молекул ( и, следовательно, изменение количества движения каюты) мы уже можем подсчитать. [11]
Давайте подумаем, какие молекулы вылетают из воды. Если уж молекула выскочила, то это значит, что она случайно вобрала в себя излишек энергии; он ей понадобился, чтобы разорвать путы притяжения соседей. Энергия вылетающих молекул превосходит среднюю энергию молекул в воде, поэтому энергия остающихся молекул ниже той, которая была до испарения. Вода от испарения постепенно остывает. Конечно, когда молекула пара опять оказывается у поверхности воды, она испытывает сильное притяжение и может снова попасть в воду. Притяжение разгоняет ее, и в итоге возникает тепло. Итак, уходя, молекулы уносят тепло; возвращаясь - приносят. Когда стакан закрыт, баланс - сходится, температура воды не меняется. Если же дуть на воду, чтобы испарение превысило оседание молекул, то вода охлаждается. [12]
Рассмотрим сначала, как будет происходить испарение, если стакан накрыть крышкой и откачать из-под нее весь воздух. Пока водяного пара под крышкой мало, жидкость будет испаряться. Через некоторое время в стакане установится динамическое равновесие: число вылетающих из воды молекул станет равным числу возвращающихся обратно. Если убрать крышку, вода начнет непрерывно испаряться, причем число вылетающих молекул будет таким же, как и тогда, когда стакан был накрыт, ведь процесс испарения зависит только от движения молекул в воде, число же возвращающихся в воду молекул зависит от количества водяных паров в воздухе над стаканом. [13]
Увеличение температуры связано с трудностями, о которых уже говорилось выше. Увеличение плотности газа ограничено, так как длина пробега должна быть много больше диаметра отверстия. В противном случае течение становится трудно рассчитываемым и определение параметров потока весьма сложным. Так как вылетающие молекулы распределены по закону косинусов, то интенсивность потока убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от отверстия. [14]
В основе балансного подхода лежит идея использования сумма-торных инвариантов движения и предположение, что молекулярная функция распределения скоростей на поверхности может быть представлена в виде линейной комбинации максвелловской функции распределения, вычисленной на внешней границе слоя, и функции распределения вылетающих молекул. Позже ( Скоров, Рикман, 1999) были рассмотрены двухкомпонентная сублимация и сублимация пористого вещества. В последнем случае функция распределения вылетающих молекул определяется геометрической структурой среды и может заметно отличаться от полумаксвелловской. [15]