Сосуд разделён на две секции пористой перегородкой. В одной секции находится газ, состоящий из лёгких молекул, в другой — из тяжёлых. Давление газа в обеих секциях сосуда в начальный момент одинаково. Через некоторое время давление в той секции сосуда, где находились тяжёлые молекулы, увеличилось. Затем, через более длительный промежуток времени, давление в обеих секциях сосуда выравнялось. Объясните этот эффект.
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Начальный этап. Давления равны, значит равны и концентрации \(n\) (температура общая). Но поток через поры
\[ j \propto n\bar v \propto \frac{n}{\sqrt{\mu}} \]у лёгкого газа больше. Поэтому лёгкие молекулы уходят в «тяжёлую» секцию быстрее, чем тяжёлые в «лёгкую». Там прибавляется больше молекул, чем убывает, — и давление растёт ✓. В «лёгкой» секции, наоборот, падает.
Позже. Возникший перепад давления гонит газ обратно. Процесс идёт, пока не установится полное равновесие: оба газа равномерно перемешаны, концентрация каждого одинакова по обе стороны, встречные потоки каждого сорта равны, и давления сравниваются ✓.
Почему сначала «неправильно», а потом правильно. Быстрый этап — это разность подвижностей; медленный — установление истинного равновесия. Именно так работает классический опыт с пористым стаканчиком и водородом, где вода из трубки сначала бьёт фонтаном, а потом всё возвращается.