Калькулятор скорости эффузии

Эффузия — это переход частиц газа через очень маленькое отверстие в вакуум или область с гораздо меньшим давлением. Её скорость зависит от быстроты движения частиц, которая при одинаковой температуре сильно связана с молярной массой. Закон Грэма описывает эту зависимость: отношение скоростей эффузии двух газов равно квадратному корню из обратного отношения их молярных масс. Поэтому более лёгкий газ проходит через отверстие быстрее тяжёлого. Калькулятор находит скорость второго газа по одной измеренной или заданной скорости и молярным массам обоих газов. Используется формула: Скорость 2 = Скорость 1 × квадратный корень из (Молярная масса 1 / Молярная масса 2). Известную скорость можно задать в любой согласованной единице, например в миллилитрах в минуту, молях в секунду или как относительную величину. Ответ сохраняет эту единицу, поскольку отношение молярных масс безразмерно. Обе молярные массы должны быть выражены в одной единице, обычно в граммах на моль. Закон Грэма следует из молекулярно-кинетической модели. При одинаковой температуре газы имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию поступательного движения. Поскольку она зависит от массы и квадрата скорости, более лёгкие частицы должны иметь более высокую характерную скорость. В идеальных условиях скорость эффузии ей пропорциональна. Важно учитывать квадратный корень: газ с молярной массой в четыре раза меньше другой имеет вдвое, а не вчетверо большую скорость эффузии. Закон лучше всего работает для разреженных газов, крошечных отверстий, одинаковых температур и давлений, достаточно низких, чтобы столкновения у отверстия не преобладали. Реальные газы могут отклоняться от него при заметном влиянии межмолекулярных сил. Диффузия через другой газ сложнее из-за многократных столкновений частиц. Эффузия и диффузия связаны, но в точной лабораторной работе эти понятия нельзя подменять друг другом. Для водорода, азота и кислорода используйте молярные массы молекул, а не атомные массы: обычно эти элементы образуют двухатомные молекулы. При сравнении экспериментальных скоростей поддерживайте одинаковую температуру и неизменные условия давления и отверстия. При таком контроле рассчитанное отношение позволяет быстро сделать прогноз, определить неизвестный газ или проверить экспериментальные наблюдения.