Газ Кнудсена

Газ Кнудсена — это газ, пребывающий в состоянии столь низкой плотности, что средняя длина свободного пробега молекул газа между столкновениями превосходит диаметр сосуда, содержащего газ.[1] Если средняя длина свободного пробега намного больше диаметра, в режиме потока преобладают столкновения между молекулами газа и стенками сосуда, а не межмолекулярные столкновения друг с другом.[2] Назван в честь Мартина Кнудсена.

Пример газа Кнудсена. Число соударений между молекулами газа и стенками сосуда (показано красным) много больше числа соударений между молекулами газа (показано синим).

Число Кнудсена

Для газа Кнудсена число Кнудсена существенно превосходит 1. Число Кнудсена определяется как

${\displaystyle {\rm {{Kn}={\frac {\lambda }{L}}}}}$

где

• ${\displaystyle \lambda }$ — длина свободного пробега [m]
• ${\displaystyle L}$ — диаметр сосуда [m].

При ${\displaystyle 10^{-1}<{\rm {{Kn}<10}}}$ имеет место переход между ламинарным и турбулентным режимами течения газа. В этом режиме число межмолекулярных столкновений ещё не пренебрежимо мало по сравнению с числом соударений со стенками. Однако при ${\displaystyle {\rm {{Kn}>10}}}$ имеет место свободное молекулярное течение, и межмолеклярными столкновениями можно пренебречь по сравнению со столкновениями со стенками.[3]

Пример

Пусть в сосуде содержится воздух при комнатных температуре и давлении, длина свободного пробега в котором составляет 68nm.[4] Если диаметр сосуда меньше 68nm, то число Кнудсена больше 1, и имеет место пример газа Кнудсена. Такой газ не был бы газом Кнудсена, если бы диаметр сосуда превосходил бы 68nm.

См. также

• Кинетическая теория газов

Примечания

1. Pardington, J.R. An advanced treatise on physical chemistry. Vol. 1, Fundamental principles. The Properties of gases. — London : Longmans, Green & Co., 1949. — P. 927.
2. Lebon, G. Understanding non-equilibrium thermodynamics : foundations, applications, frontiers. — Berlin : Springer, 2008. — P. 192. — ISBN 978-3-540-74252-4.
3. S. G. Kandlikar. Heat transfer and fluid flow in minichannels and microchannels / S. G. Kandlikar, Srinivas Garimella, Dongqing Li … [и др.]. — 2nd. — Oxford : Butterworth-Heinemann, 2013. — P. 19—21. — ISBN 0-08-098351-0.
4. Jennings, S. G (1988-04-01). "The mean free path in air". Journal of Aerosol Science (англ.). 19 (2): 159—166. doi:10.1016/0021-8502(88)90219-4. ISSN 0021-8502. Архивировано 30 марта 2015. Дата обращения: 18 января 2022.