Effusion
Considérez le système décrit ci-dessus dans le calcul de la pression du gaz, mais avec la zone A dans la paroi du récipient remplacée par un petit trou. Le nombre de molécules qui s'échappent par le trou au temps t est égal à (1/2) (N / V) v z (At). Dans ce cas, les collisions entre les molécules sont importantes, et le résultat ne vaut que pour les petits trous dans des parois très minces (par rapport au libre parcours moyen), de sorte qu'une molécule qui s'approche près du trou passera sans entrer en collision avec une autre molécule et étant détourné. La relation entre v z et la vitesse moyenne v̄ est assez simple: v z = (1/2) v̄.
Si l'on compare les débits de deux gaz différents s'échappant à travers le même trou, en commençant à chaque fois par la même densité de gaz, on constate que beaucoup plus de gaz léger s'échappe que de gaz lourd et que plus de gaz s'échappe à haute température qu'à basse température., toutes choses étant égales par ailleurs. En particulier,
La dernière étape découle de la formule énergétique, (1/2) mv 2 = (3/2) kT, où (v 2) 1/2 est approximativement égal à v, même si v 2 et (v̄) 2 diffèrent réellement par un facteur numérique proche de l'unité (à savoir, 3π / 8). Ce résultat a été découvert expérimentalement en 1846 par Graham pour le cas de la température constante et est connu comme la loi de Graham de l'épanchement. Il peut être utilisé pour mesurer des poids moléculaires, pour mesurer la pression de vapeur d'un matériau à basse pression de vapeur, ou pour calculer le taux d'évaporation de molécules à partir d'une surface liquide ou solide.
Transpiration thermique
Supposons que deux conteneurs du même gaz mais à des températures différentes sont reliés par un minuscule trou et que le gaz est amené à un état stable. Si le trou est suffisamment petit et la densité de gaz est suffisamment faible pour que seul un épanchement se produise, la pression d'équilibre sera plus élevée du côté des températures élevées. Mais, si les pressions initiales des deux côtés sont égales, le gaz s'écoulera du côté basse température vers le côté haute température pour faire augmenter la pression haute température. Cette dernière situation est appelée transpiration thermique et le résultat en régime permanent est appelé différence de pression thermomoléculaire. Ces résultats découlent simplement de la formule d'épanchement si la loi du gaz idéal est utilisée pour remplacer N / V par p / T;
Lorsqu'un état d'équilibre est atteint, les débits d'épanchement sont égaux, et donc
Ce phénomène a été étudié pour la première fois expérimentalement par Osborne Reynolds en 1879 à Manchester, Eng. Des erreurs peuvent survenir si une pression de gaz est mesurée dans un récipient à très basse ou très haute température en le connectant via un tube fin à un manomètre à température ambiante. Une circulation continue de gaz peut être réalisée en reliant les deux conteneurs à un autre tube dont le diamètre est important par rapport au libre parcours moyen. La différence de pression entraîne le gaz à travers ce tube par un écoulement visqueux. Un moteur thermique basé sur ce flux circulant a malheureusement un faible rendement.
