克努森氣體(Knudsen gas)是指氣體的密度很低,其分子碰撞之前所行進的平均距離(平均自由程)大於包含分子容器的直徑[1]。由於平均自由程遠大於容器直徑,克努森氣體的動力特性是由氣體分子和容器的碰撞來決定,而不是由氣體分子之間的碰撞決定[2]。此氣體得名自马丁·克努森

克努森氣體的例子。其中和容器碰撞的分子(以紅色表示)遠多於和其他分子碰撞的分子(以藍色表示)

克努森數

编辑

針對克努森氣體,克努森數必大於1。克努森數定義如下:

 

其中

 是平均自由程(單位:m)

 是容器的直徑(單位:m)

 ,氣體流為过渡流。此情形下分子之間的碰撞還無法忽略。不過在  時,氣體流為自由分子流英语free molecular flow, 分子之間的碰撞相較於分子和容器的碰撞,已可以忽略[3]

例子

编辑

舉例,考慮一個室溫、一般壓力下的容器,其中氣體的平均自由程為68nm[4],若容器的直徑小於68nm,克努森數大於1,可以將此氣體視為是克努森氣體。

相關條目

编辑

參考資料

编辑
  1. ^ Pardington, J.R. An advanced treatise on physical chemistry. Vol. 1, Fundamental principles. The Properties of gases. London: Longmans, Green & Co. 1949: 927. 
  2. ^ Lebon, G. Understanding non-equilibrium thermodynamics : foundations, applications, frontiers. D. Jou, J. Casas-Vázquez. Berlin: Springer. 2008: 192. ISBN 978-3-540-74252-4. OCLC 233973416. 
  3. ^ S. G. Kandlikar; Srinivas Garimella; Dongqing Li; Stéphane Colin; Michael R. King. Heat transfer and fluid flow in minichannels and microchannels 2nd. Oxford: Butterworth-Heinemann. 2013: 19–21. ISBN 978-0-08-098351-6. OCLC 862108729. 
  4. ^ Jennings, S. G. The mean free path in air. Journal of Aerosol Science. 1988-04-01, 19 (2): 159–166. Bibcode:1988JAerS..19..159J. ISSN 0021-8502. doi:10.1016/0021-8502(88)90219-4 (英语).