|
Интерпретация экспериментальных данных по аккомодации тангенциального импульса молекул на основе модельных представлений о режимах рассеяния газа поверхностью Уральский государственный университет Научный руководитель: Борисов Сергей Федорович, доктор физ.-мат. наук Работа посвящена объяснению закономерностей, обнаруженных при исследовании газовой свободномолекулярной проводимости каналов в зависимости от условий на поверхности [1]. Свободномолекулярный режим течения газа соответствует потоку молекул в отсутствии межмолекулярных столкновений. Информацию о характере взаимодействия газа с поверхностью, которую несет в себе поток, принято характеризовать в терминах коэффициента аккомодации тангенциального импульса или коэффициента диффузности e . В свободномолекулярном режиме поток (или проводимость канала, определяемая как вероятность прохождения молекул через канал) оказывается пропорциональным величине [2].
Основная идея работы заключается в попытке описать данные по аккомодации, используя формализм, принятый при описании рассеяния молекулярных пучков поверхностью твердого тела. В работе [2] предложено разделять режимы рассеяния на тепловой и структурный. Согласно такой классификации рассеяние газа атомарно-чистой поверхностью можно отнести к тепловому режиму. Этот режим характеризуется относительно гладкой эффективной поверхностью взаимодействия. При этом обмен энергией и импульсом в системе "газ - твердое тело" происходит на относительно больших расстояниях от поверхности, при которых практически отсутствует проникновение атома газа в твердое тело. Рассеяние газа поверхностью, покрытой адсорбатом, относится к структурному режиму. Взаимодействие в этом режиме происходит на расстояниях, допускающих проникновение атома газа в поверхность. В работе [1] была измерена свободномолекулярная газовая проводимость цилиндрического канала с атомарно-чистой металлической поверхностью и поверхностью, полностью покрытой адсорбатом. Результаты представлены в таблице .
Из анализа экспериментальных данных, представленных в таблице, можно сделать следующие выводы о характере влияния химического состава поверхности на газодинамическую проводимость канала в свободномолекулярном режиме.
Влияние рода газа на проводимость канала, с одной стороны, обусловлено влиянием на процесс рассеяния в тепловом режиме массы атома газа m 0, которая существенно возрастает от He к Kr. С другой стороны, оно обусловлено влиянием глубины потенциальной ямы D, которая также заметно возрастает от He к Kr. К сожалению, не представляется возможным разделить влияние m0 и D.Аргон и более тяжёлые инертные газы в большей степени захватываются металлическими поверхностями, чем гелий или неон. Как следствие, у лёгких газов больше молекул рассевается поверхностью упруго, чем у тяжёлых. Этот факт проявляется в том, что проводимость по Ne и He в тепловом режиме рассеяния выше проводимости по Ar и Kr. Взаимодействие в системе "газ - поверхность" в тепловом режиме происходит на расстояниях, при которых атомы газа не могут чувствовать свойства материала поверхности. В связи с этим можно предположить, что особенности рассеяния в тепловом режиме в большей степени определяются характеристиками кристаллической структуры, нежели химической природой поверхности. Одной их характеристик кристаллической структуры металла является радиус атома поверхности Rs. Для примера, Rs=1,44 Е для Ag, Au, Ti [3]. Таким образом, следует ожидать одинакового характера рассеяния молекул чистыми металлическими поверхностями подобной структуры, что подтверждается множеством экспериментов по молекулярным пучкам. В случае эксперимента [1] тот факт, что газовая проводимость канала с атомарно-чистой металлической поверхностью Ag и Ti не зависит от рода металла, по всей видимости, связан с одинаковым характером рассеяния молекул инертных газов этими поверхностями. The research described in this publication was made possible in part by Awards No: REC-005 of U.S. Civilian Research & Development Foundation for the Independent States of the Former Soviet Union (CRDF) and INTAS No: 99-00749. Список публикаций: [1]Borisov S.F., Sazhin O.V., Sharipov F.M., Grachyov I.A., Proceeding 21-st Int. Symp. Rarefied Gas Dynamics,Marseille, France, 1998, pp.333-339. [2] Borisov S.F., Proceeding 17-th Int. Symp. Rarefied Gas Dynamics, VCH Verlagsgesellschaft mbH, 1991, pp.1412-1418. [3] Goodman F.O., Wachman H.Y,. Dynamics of gas-surface scattering, Academic Press, New York, 1976. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
| (c) АСФ России, 2001 |