Efuzja (fizyka)

Efuzja (z łac. efussio – wylew) – wypływ gazu (lub cieczy) przez bardzo mały otwór lub porowatą barierę.

Formalny opis efuzji zależy od ciśnienia gazu.

Efuzja przy bardzo małym ciśnieniu

Gdy różnica ciśnień po obu stronach otworu jest niewielka a średnica otworu jest mała w porównaniu ze średnią drogą swobodną molekuły, wówczas wypływ gazu jest swobodnym ruchem molekuł przez otwór.

Szybkość efuzji przy małym ciśnieniu wynika z ruchu cząsteczek gazu.

Gdy z jednej strony przegrody jest gaz, a z drugiej próżnia, masę cząsteczek przepływających w jednostce czasu przez otwór o powierzchni $(S)$ określa wzór

$\mu =\frac{1}{4}\rho \bar{c}S=pS\sqrt{\frac{M}{2\pi RT}}=S\sqrt{\frac{p\rho }{2\pi }}.$

Z wzoru tego wynika prawo Grahama podające stosunek wydatków w molowych $(R):$

$n=\frac{m}{M},$

$R=\frac{p}{\sqrt{2\pi MRT}},$

$\frac{R_1}{R_2}=\sqrt{\frac{M_2}{M_1}},$

gdzie:

$\mu$ – wydatek masowy jednostki powierzchni, czyli masa przepływającego gazu w jednostce czasu z otworu o jednostkowej powierzchni,

$\rho$ – gęstość gazu,

$\bar{c}$ – średnia prędkość cząsteczek gazu,

$p$ – ciśnienie,

$M$ – masa cząsteczkowa gazu,

$R$ – uniwersalna stała gazowa,

$T$ – temperatura,

$S$ – pole powierzchni otworu,

$R_i$ – liczba moli substancji $i,$ która przepłynie przez otwór.

Efuzja przy dużym ciśnieniu

Gdy ciśnienie jest duże i droga swobodna cząsteczek jest mniejsza od średnicy otworów, wówczas wydajność objętościowa jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z gęstości gazów. Związek ten określany jest prawem Grahama. Jeżeli gazy spełniają równania gazów doskonałych, to zależność ta prowadzi do tej, opisanej w efuzji przy małym ciśnieniu.

Zastosowania

Efuzja stosowana jest do pomiaru bardzo małych, jak i bardzo dużych ciśnień, określania gęstości gazów. Wykorzystywana jest też do rozdzielania gazów. Jest stosowana do wzbogacania uranu przez efuzję fluorku uranu.

Zobacz też

• dyfuzja

Bibliografia

• Encyklopedia fizyki, praca zbiorowa, t. 1, s. 456, PWN 1973.