Efusión
Considere el sistema descrito anteriormente en el cálculo de la presión de gas, pero con el área A en la pared del recipiente reemplazada por un pequeño orificio. El número de moléculas que escapan a través del agujero en el tiempo t es igual a (1/2) (N / V) v z (At). En este caso, las colisiones entre moléculas son significativas, y el resultado es válido solo para pequeños agujeros en paredes muy delgadas (en comparación con el camino libre medio), de modo que una molécula que se acerque al agujero pasará sin chocar con otra molécula y ser desviado lejos. La relación entre v z y la velocidad media v̄ es bastante sencilla: v z = (1/2) v̄.
Si se comparan las tasas de dos gases diferentes que se vierten a través del mismo orificio, comenzando con la misma densidad de gas cada vez, se descubre que escapa mucho más gas ligero que el gas pesado y que escapa más gas a alta temperatura que a baja temperatura, siendo el resto de las cosas iguales. En particular,
El último paso se deriva de la fórmula energética, (1/2) mv 2 = (3/2) kT, donde (v 2) 1/2 se aproxima a ser v, aunque v 2 y (v̄) 2 realmente difieren en un factor numérico cerca de la unidad (es decir, 3π / 8). Este resultado fue descubierto experimentalmente en 1846 por Graham para el caso de temperatura constante y se conoce como la ley de efusión de Graham. Se puede usar para medir pesos moleculares, para medir la presión de vapor de un material con baja presión de vapor o para calcular la velocidad de evaporación de las moléculas de una superficie líquida o sólida.
Transpiración térmica
Suponga que dos recipientes del mismo gas pero a diferentes temperaturas están conectados por un pequeño orificio y que el gas se lleva a un estado estable. Si el orificio es lo suficientemente pequeño y la densidad del gas es lo suficientemente baja como para que solo ocurra un derrame, la presión de equilibrio será mayor en el lado de alta temperatura. Pero, si las presiones iniciales en ambos lados son iguales, el gas fluirá desde el lado de baja temperatura hacia el lado de alta temperatura para aumentar la presión de alta temperatura. La última situación se llama transpiración térmica, y el resultado en estado estacionario se llama diferencia de presión termomolecular. Estos resultados se siguen simplemente de la fórmula de efusión si se usa la ley de los gases ideales para reemplazar N / V con p / T;
Cuando se alcanza un estado estable, las tasas de derrame son iguales y, por lo tanto, Este fenómeno fue investigado experimentalmente por Osborne Reynolds en 1879 en Manchester, Inglaterra. Pueden producirse errores si se mide la presión de un gas en un recipiente a una temperatura muy baja o muy alta al conectarlo a través de un tubo fino a un manómetro a temperatura ambiente. Se puede producir una circulación continua de gas conectando los dos recipientes con otro tubo cuyo diámetro es grande en comparación con el camino libre medio. La diferencia de presión conduce el gas a través de este tubo mediante un flujo viscoso. Desafortunadamente, un motor térmico basado en este flujo circulante tiene una baja eficiencia.
