格雷姆定律

逸散

逸散 (Effusion)
國立臺灣大學 物理博士班 97級 鄭安良

當裝有氣體分子的容器外牆有一個微小的孔洞時,容器內的氣體分子會經由這個小洞慢慢的流出容器外。如果這個孔洞非常微小,在容器內氣體分子並不會明顯被改變其原本處於平衡的狀態,此時容器內氣體分子經由此微小孔洞流出到容器外的過程,我們就稱之為逸散(Effusion)。

然而,想要發生逸散的現象,容器的孔洞必須要多小呢?

我們知道平均自由徑 $$l$$ (Mean free path)的長度大約可以看成氣體分子之間自由的移動直到發生碰撞發生之前所走的距離,當氣體分子經過孔洞附近的區域,氣體分子溢出容器時沒有相互發生碰撞,也就是孔洞的直徑 $$D$$ 要小於氣體分子的平均自由徑的長度 $$l~(D<l)$$,這就是發生逸散時孔洞大小的條件。

格雷姆定律

格雷姆定律 (Graham’s law )
臺北市立第一女子高級中學二年級鄭竹容/臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

氣體粒子在空間中不斷的運動,使得各種氣體粒子可以經由不斷的碰撞而混合均勻,此現象稱為氣體的擴散 (diffusion)。蘇格蘭的物理化學家格雷姆針對氣體擴散的研究,在1833年先提出了非常有名的擴散定律 (law of diffusion)。後來格雷姆又設計實驗測量氣體的逸散 (effusion)性質,即研究氣體在一定的時間內通過小孔出去的速率與氣體分子量的關係,到了1846年又提出逸散定律 (law of effusion)。

格雷姆的實驗結果顯示,在同溫、同壓下,氣體的擴散速率與氣體逸散速率皆與氣體之分子量的平方根成反比,因此氣體擴散定律與氣體逸散定律常被合稱為格雷姆定律 (Graham’s law )。