Вязкость газов в вакуумной технике
Вязкость газов в вакуумной технике
При
перемещение твердого тела со скоростью за счет передачи количества движения молекулам
газа возникает сила внутреннего трения
В
области низкого вакуума весь газ между подвижной 2 и неподвижной 1 пластинами (
рис 1 ) можно разделить на слои толщиной , где – средняя длина свободного пути . Скорость
движения каждого слоя различна и линейно зависит от расстояния между
поверхностями переноса . В плоскости происходят столкновения молекул , вылетевших
из плоскостей и . Причиной возникновения силы вязкостного
трения является , то что движущиеся как единое целое отдельные слои газа имеют
разную скорость , вследствие чего происходит перенос количества движения из
одного слоя в другой .
Изменение
количества движения в результате оного столкновения равно . Принимая , что в среднем в отрицательном и
положительном направление оси в единицу времени единицу площади в плоскости пересекают молекул получим общее изменение количества
движения в единицу времени для плоскости :
( 1 ) .
Сила
трения по всей поверхности переноса , согласно второму закону Ньютона ,
определяется общим изменение количества движения в единицу времени :
( 2 ),
где
– площадь поверхности переноса ; – коэффициент динамической вязкости газа :
( 3 )
Отношение
называют коэффициентом кинематической вязкости
Более
строгий вывод , в котором учтен закон распределения скоростей и длин свободного
пути молекул , дает
,
что
мало отличается от приближенного значения
Если
в ( 3 ) подставить значения зависящих от давления переменных , то
. ( 7 )
Согласно
полученному выражению , коэффициент динамической вязкости при низком вакууме не
зависит от давления .
Температурную
зависимость коэффициента вязкости можно определить . если подставить в ( 3 ) и соответственно из формул :
( 6 )
и
в
формулу ( 3 ) . Отсюда имеем :
( 4 )
В
соответствие с ( 4 ) зависит от , где изменяется от ½ при высоких
температурах до при низких температурах при . Во всех случаях коэффициент динамической
вязкости увеличивается при повышение температуры газа .
Значения
коэффициентов динамической вязкости для некоторых газов при даны в таблице .
ТАБЛИЦА
1
Коэффициенты динамической вязкости
|