Calculateur de vitesse d'effusion

L'effusion est le passage de particules de gaz par une ouverture minuscule vers le vide ou une zone de pression bien plus faible. Sa vitesse dépend de la rapidité des particules, elle-même fortement liée à la masse molaire lorsque les gaz sont à la même température. La loi de Graham décrit cette relation : le rapport de deux vitesses d'effusion est égal à la racine carrée du rapport inverse de leurs masses molaires. Un gaz léger traverse donc l'ouverture plus vite qu'un gaz lourd. Ce calculateur détermine la vitesse d'un second gaz à partir d'une vitesse mesurée ou donnée et des masses molaires des deux gaz. Il applique Vitesse 2 = Vitesse 1 × racine carrée de (Masse molaire 1 / Masse molaire 2). La vitesse connue peut utiliser toute unité cohérente, par exemple des millilitres par minute, des moles par seconde ou une vitesse relative. Le résultat conserve cette unité, car le rapport des masses molaires est sans dimension. Les deux masses molaires doivent utiliser la même unité, généralement des grammes par mole. La loi de Graham découle du modèle cinétique moléculaire. À température égale, les gaz ont la même énergie cinétique moyenne de translation. Cette énergie dépendant de la masse et du carré de la vitesse, les particules plus légères doivent avoir une vitesse caractéristique plus élevée. Dans des conditions idéales, la vitesse d'effusion lui est proportionnelle. La racine carrée est essentielle : un gaz dont la masse molaire vaut le quart de celle d'un autre s'échappe deux fois plus vite, et non quatre fois. La loi s'applique le mieux aux gaz dilués, aux ouvertures minuscules, à température égale et à des pressions assez faibles pour que les collisions près de l'ouverture ne dominent pas. Les gaz réels peuvent s'en écarter lorsque les forces intermoléculaires deviennent importantes. La diffusion dans un autre gaz est plus complexe, car les particules subissent des collisions répétées. Effusion et diffusion sont liées, mais ne sont pas interchangeables dans un travail de laboratoire rigoureux. Utilisez les masses molaires moléculaires plutôt que les masses atomiques pour l'hydrogène, l'azote et l'oxygène, qui existent normalement sous forme de molécules diatomiques. Pour comparer des vitesses expérimentales, gardez la température, l'ouverture et les conditions de pression identiques. Avec ces précautions, le rapport calculé permet une prévision rapide, l'identification d'un gaz inconnu ou la vérification d'observations expérimentales.