Borisov

4. A modell kölcsönhatás GAS - SZILÁRD

Az előnyök e részének lenne tekinthető modell mögöttes leírás adszorpciós - deszorpciós és átadása energia és az impulzus a gázmolekulák a rendszerben - a merev test.

4.1. Általánosított modell interakció

Amikor a gáz molekulák ütköznek a szilárd felület olyan folyamatok, amelyek lehet által képviselt ábrán bemutatott áramkör. 4.1. Itt és az alábbiakban használjuk a „molekula”, utalva az összes részecske meglévő gázfázisban, beleértve az atomok [3].

Ábra. 4.1. Reakcióvázlat eljárási gáz kölcsönhatás a szilárd részecskéket

1. A molekula megy rugalmas szórás, és visszatér a gázfázis. Mint a rugalmas szórás elektronok, a folyamat vezethet elhajlási hatások.

2. A molekula átviszi a szilárd rész mozgási energiájának és visszamarad központ gyenge adszorpció. Ez az állapot (A) megfelel a legkisebb potenciális lyuk úgynevezett fizikai adszorpció. Amikor ez bekövetkezik az energia csere a szilárd

és megütötte a molekula és ezt a folyamatot nevezzük szállást.

3. Molekula kezdetben megtartott szilárd állapotban egy, a kapcsolat a molekula és a felülete a rezgésileg izgatott, de egy további cseréjét az energia a szilárd molekula lehet alacsonyabb szinten a potenciális is.

4. A molekula csökkenhet a alsó szinten a potenciálgödör A nem az elsődleges ütközés a felületet, mint abban az esetben 3, és ugrás a szomszédos központ és elveszíti a gerjesztési energia.

5. A molekula található alsó szinten a potenciális vájat lehet mozgatni egy szomszédos központ A, kapott a kristályrács

hőenergia leküzdésére elegendő egy energia gáton E m.

6. Ha a felület egy második állapot B egy nagyobb kötési energiát megfelelő kemiszorpció, a molekula szomszédos Center A átmehet B állapotba, miután megkapta az aktiválási energia E AB. Ebben az esetben, az állam A jelentése állapotában a mozgatható prekurzor B.

7. Az Államok A és B lehet elrendezve lényegében ugyanabban a pontban a felület és a molekula belépő állam A a gázfázisú mehet közvetlenül a B állapotba a felület felett, anélkül elmozdulás. Egy ilyen eljárás akkor tekinthető a korábban (lásd. 2) a leírásban a folyamat előforduló a kölcsönhatás a hidrogénatomnak átmenetifém fizikai adszorpcióval, hogy egy gyenge kemiszorpció. Ebben az esetben, az állapotot nevezik fix a prekurzor állapot B.

8. A kialakulását erős kötések kemiszorpció adszorbeátumot molekulákat a felülethez szabadul nagy mennyiségű energiát, amely mint a fenti 4. lépésben nem teljesen felszívódik a központban, amelyen az eredeti kemiszorpciós történt. Ezután a molekula diffúz egyik állapotból a másikba, amíg ez adja a kristályrács elegendő mennyiségű energiát, hogy felfüggeszti az adott központban.

9. A molekula lehet deszorbeálódott. Ebben az esetben a deszorpciós alatt megy végbe deszorpció diffúzió (vagy migráció). Ha ez a molekula

szükséges aktivációs energia E dm.

10. deszorpciós állami Egy aktiváló energia E dA. 11. deszorpciós az állam egy aktiválási energiája E dB.

12. Mozgó molekulát állami Egy a térfogata a szilárd test, hogy egy három-dimenziós kapcsolatot az adszorbens.

13. Az ugyanabban az állapotban a B.

Lépésben a fent felsorolt ​​befolyásolhatja a kölcsönhatás a adszorbeált részecskék, amit tekinthető független egymástól.

Elméleti ezen lépéseket abban a pillanatban. Azonban vannak olyan modellek kifejlesztett kellően elsődleges ütközés gázmolekulák a felülettel. Néhány ezek közül az alábbiakban tárgyaljuk.

3.3. A szóródási felszíni molekulák. szállás együtthatók

Tekintsük több példát kapcsolatos hatása közötti interakció a „gáz - felület” az áramlási és a hőátadás a hígított gáz. Emlékezzünk, hogy a gáz tekinthető ritka, ha nincs hármas ütközések a molekulák. Tulajdonképpen normál hőmérsékleten gáz lehet tekinteni, mint akár több tíz vagy akár több száz atmoszféra. „Ritkított gáz dinamika” kérdések áramlás és a hőátadás a gáz venni. A legfontosabb jellemzője a rendszer a kifinomult gáz dinamika a Knudsen szám Kn. amely úgy definiálható, mint az arány a szabad úthossza gázmolekulák: X- jellemző geometriai paramétere feladat d. Részében kifinomult gáz dinamikáját, arra az esetre, a nagy ritkás (Kn = λ / d → ∞), a továbbiakban: „superaerodinamikoy”. Problémái ritkított gáz dinamika (és superaerodinamika különösen) szorosan kapcsolódik a probléma a leíró interfázisos „gáz - szilárd”.

Az első kvalitatív megfigyelés hatása a kölcsönhatás a molekulákat a felülethez a gázok áramlását a csatornákon végeztük a múlt században. 1875 g. Kundt és Warburg megfigyelhető, hogy a gázok áramlását a csövön keresztül egy nagyon alacsony nyomás, lényegesen magasabb, mint előre jelzett Poiseuille képletű (amely, mint ismeretes, áramlásszabályozót ismertet egy viszkózus folyadék a csatornán, feltéve, nullával egyenlő sebesség a falnál). Azonosítottak ezt a hatást a „csúszás” a gáz - szilárd. Maxwell 1879-ben azt javasolta, hogy ezt a csúszó lehet az eredménye az a tény, hogy van egy bizonyos százalékát a molekulák α τ. hogy esik a felszínre, jöjjön

a termikus egyensúlyt, és diffúz a felületén párolog el, míg például a frakció molekulák (1 - α τ) tükröződve visszavert a felületének egy invertált

normális komponense a pulzusát.

A részletesebb vizsgálat a helyzet azt mutatja, hogy még abban az esetben teljesen diffúz visszaverődés gázmolekulák falától a sebességprofil a csatorna nem felel meg a megoldás a Navier - Stokes. Ezért, hogy leírja az ilyen események igényel Boltzmann-egyenlet előre beállított „valódi kinetikus” körülmények a fal [6].

Hasonló hatás „hőmérséklet Glide” előfordul a jelenlétében hőáramlás között a gáz és a szilárd. Ez a hatás először írta le 1898-ban Smoluchowski számszerűsítése jellemzőit Knudsen hatása 1910-ben bevezette a szálláshely együttható. Szerint Knudsen, a szálláshely együttható intézkedés az energiahatékonyság közötti határfelületen a gáz és szilárd test található különböző hőmérsékleteken. Smoluchowski az övé, és az első mérések szállás együttható.

A legtöbb jelentős az a hozzájárulás, a kölcsönhatás a molekulákat a felülethez egy erősen ritkított gáz (ún Knudsen áramlási rendszer és a hőátadás). Azonban megbízható kísérleti adatok ezen a területen nem létezett egészen a közelmúltig. A növekvő kutatás gyors fejlődése az űrtechnológia, valamint a technológia és eszközök ultravysokovakuumnoy felület diagnosztika.

Hatása molekuláris kölcsönhatás a felület a gáz-dinamikus csatorna vezetőképessége is szemlélteti, ha összehasonlítjuk a kísérleti adatokat a gázok áramlását keresztül nagyon rövid, és nagyon hosszú csatornák (3.10 ábra ;. 3.11). Az első esetben, az arány a molekulák ütközés oldalfelületén a furat az általános gázáram elhanyagolható. A második esetben, szinte az összes molekulák érkező csatorna, információt hordozó a kölcsönhatás a fal. A dimenzió nélküli vezetőképesség M / M 0 definiáltuk kísérleti fluxus arányát

az elméleti, számított szabad-limit (csatorna átmérőjét a). Az elméleti áramlási értéket esetén hosszú csatorna számítottuk feltételezve teljesen diffúz visszaverődés molekulák a falról. Ezek a példák azt mutatják, hogy a jelenléte egy kiterjesztett mentén az áramlás eredményez jelentős hozzájárulása a kölcsönhatása molekulák a felület egy gáz-dinamikus csatorna vezetőképességének értékét. Ez a hozzájárulás mértékétől függ szórásának gáz (vízjárás) és a természet a molekulákat.

Ábra. 3.10. Gáz-dinamikus rövid vezetőképességét (majdnem tökéletes lyuk). csatorna hossza az átmérő aránya 0,03

Ábra. 3.11. Gáz dinamikus konduktancia hosszú hengeres üveg csatornát. csatorna hossza az átmérő aránya 300

Táblázat. 3.2 ábra az átlagos kísérleti értékeinek hosszú üveg csatorna Ő gáz vezetés. Ne és Ar a szabad módban (Kn → ∞). Ugyanez táblázat mutatja a

A kísérleti mérési hiba Δ M.

Hosszú szabad vezetőképesség az üveg csatorna

- Poiseuille vezetőképessége a nyomás függvényében P. B -

komponens vezetési definiált „csúszó», r - sugara a csatorna, „- a hossza, η - viszkozitási együtthatót a gáz, k - Boltzmann állandó, T -

Hőmérséklet, m - tömege a gázmolekulák, σ - csúszik konstans (a BGK modell, teljesen diffúz reflexiós molekulák vizeletmintákban a ö T = 1,147).

Ábra. 3.12 ábra a kísérleti függését a csúszás konstans a gáz típusától, a hosszúláncú üveg hengeres csatornán. A legegyszerűbb rendszerek peremfeltételek formájában Maxwell σ értéke lehet kifejezni α τ a következőképpen:

ahol γ függ Knudsen számos tényezőtől a csatornában, és a kölcsönhatás a gázmolekulák a csatorna felületének. γ feltételezi értékeket a körülbelül 0 egykettedre.

Kísérleti adatok Ő és Ar ábrán szemléltetjük. 3.13. Ez a hatás először vizsgáltuk Knudsen a lyukba, és ismert, mint a hatása a nyomáskülönbség Thermomolecular vagy Knudsen hatást.

Ábra. 3.13. Kísérleti függése γ a mértéke hosszú csatorna

hézagosság gázmolekulák és a természet (folyamatos vonal - az elmélet a teljesen molekulák diffúz visszaverődés)

Kísérletek azt mutatják, hogy a hatás a nyomáskülönbség Thermomolecular hosszú csatornákat, mint abban az esetben a lyukak, a legjelentősebb a területén a szabad molekuláris rendszer a csatorna átmérőjét a, azonban eltérően a lyuk, a hatás hosszú csatornák erősen függ a gáz. Ez a körülmény elég meggyőzően bizonyítja a hozzájárulást a felszínen a szórási molekulák folyamat nemizoterm gázok áramlását.

Döntő szerepet játszott a szakterületen hőátadás folyamatok között egy gáz és egy szilárd. Kiszámításánál a különböző hőcserélők, termikus rendszer repülőgép-utóbb meg kell foglalkozni a energiaátadás hatásfokát a gáz molekulák és a szilárd felületre. A mechanizmus a hőátadás gáz valós felületek általában meglehetősen bonyolult, de a mikroszkopikus szempontból, a fő probléma abban áll, leíró szórási felületi molekulák az úgynevezett Knudsen réteg (azaz a régióban a szabad úthossza a molekulák a felületen). A kísérleti tanulmány a szórási molekulák szilárd felületre szentelt sok munkát. Az egyik legfontosabb mért értékek ezekben a vizsgálatokban az az energia, szállás együttható [2].

A legegyszerűbb rendszer, amely lehet végrehajtani mérésével energia szállás együttható, a rendszer képes hosszú koaxiális hengerek különböző hőmérsékleteken, amelyek között van egy gáz alacsony nyomáson. Ha a külső henger sokkal nagyobb, mint a belső hőátadó és a gáz szabadon molekuláris rendszer, a nagysága a hőáramlás között a hengerek (elhanyagolása sugárzás és a hőátadás révén a henger végeihez) teljesen határozza meg hatékonysága közötti energiacserét gázmolekulák és a felület a belső henger,

azaz energia akkomodációs együttható α E. molekulák specifikus hőáram q M ebben az esetben lehet írva a következő:

Ez a példa azt mutatja, hogy hogyan függ a hőáram a kölcsönhatás „gáz - szilárd test felületének” lehet elég jelentős (hőáram egyenesen arányos a tényező a kölcsönhatás

Ábra. 3.14. A függőség a csökkentett hőáram q M és a gáz típusától a Knudsen szám

Kölcsönhatása molekulák a felület vezet diszkontinuitás a határhőmérséklete „gáz - szilárd anyag” a folyamatos üzemmódban a hőátadás. A ezen faktor jelenlétében kell vizsgálni, például a mérése hővezető gázok.

Elméleti szempontból a fő probléma a leírásban a fent említett jelenségek rejlik beállítás a peremfeltételek a Boltzmann-egyenlet. Más szóval, meg kell tudni, hogy az eloszlásfüggvény felszínéről visszaverődő f r molekula és társítását eloszlásfüggvény

molekulák csökkenő F i. A eloszlásfüggvény a visszavert molekulák írva [6]:

ahol K (ξ i. ξ r)

visszavert molekulák, és az E s - az energia, ami hajtottak elismert

molekulát, ha a gáz egyensúlyban van a felületen.

Ahhoz, hogy mérjük a szállást együtthatók használhatja a fenti kísérleti megközelítéseket, azaz kiszámítja α τ és α E

közvetlenül az adatfolyam és a hígított hőátadás gáz. Azonban ebben az esetben nehéz állapotának figyelemmel kísérése a felület, és nem lehet megítélni szögeloszlásának visszavert molekulák, azaz fontos tudni, hogy bizonyos problémák megoldásában.

Egy másik kísérleti megközelítés lehetővé teszi, hogy vizsgálja meg a megoszlása ​​a szögfüggését visszavert molekulák megközelítés alapja a szórási a molekuláris sugár. A molekuláris sugár technika biztosítja mutatószám a szórás, amely az integráció értékű szállást együtthatók. Ábra. 3.15 ábra a jellemző nézete mutatószám szórás által termelt molekuláris sugár technikával.

Alkalmazás technikák alapján molekuláris sugár szórás, ez sokkal kényelmesebb megszerezni α τ és α E tiszta és ellenőrzött

Jelenleg nincs elegendő kísérleti adat α τ és ai E. de csak néhány közülük elő szabályozott körülmények között

felületre. Különösen kevés adat együtthatók alapján elhelyezésének tangenciális lendület a molekulák termikus sebességek tiszta felületeken vagy felületek részben lefed adszorbeált filmek ismert összetételű.

A koefficiens elhelyezésének valós rendszerek széles határok között változhat (általában 0-1). Egy és ugyanazt a rendszert „Hélium - volfrám” a különböző körülmények között a felületen α E értékeket kaptuk 0,018-0,4. Ez azt jelenti, hogy a hő áramlik a

Egy ilyen rendszer a szabad módban hőátadás változhat több, mint 20-szor, attól függően, hogy a felületi állapota.

Nemrégiben, egy csoport kutatók által vezetett Shteynhelya (1976) bemutatott adatok α τ. alapján szerzett jól kontrollált felületre.

Ábra. 3.15. A tipikus formája a szórási mutatószám: