Физические явления в разреженных газах. (1982)

Частицы дыма в газе позволяют косвенным образом наблюдать сложные движения, совершаемые множеством молекул.

Модель, в которой роль молекул, которые не видны невооруженным глазом, играют гладкие упругие шары.

При взаимодействии молекулы обмениваются импульсами и энергией.

Если проследить за пробным шаром, то видно, что столкновения в газе происходят случайным образом, поэтому различен путь, пройденный молекулой от столкновения до столкновения.

Понятие средней длины свободного пробега.

Формула степени разреженности среды в этом объеме.

Число Кнудсена, формула.

Земной шар.

Взаимодействие молекул в космическом пространстве.

Теплопередача при больших числах Кнудсена.

Демонстрация передачи тепла молекулой между двумя поверхностями с разной температурой.

Отражение молекул от стенки может происходить по диффузной схеме.

Схема распределения плотности потока.

Тепловой поток направлен от горячей стенки к холодной.

Интенсивность передачи тепла зависит от разности температур.

Модель, иллюстрирующая устройство экранно-вакуумной тепловой изоляции.

Прослойки разряженного газа между экранами гасят передачу энергии от более нагретой стенки к менее нагретой стенке.

Коллаж из фотографий космонавтов на космической станции.

Кадры из жизни космонавтов на орбите.

Старт космической ракеты.

Изменение формы реактивной струи ракеты при увеличении свободного пробега молекул.

Демонстрируются фотографии реактивной струи.

При малых числах Кнудсена струя имеет сложную структуру с ударными волнами, толщина которых порядка длины свободного пробега молекул.

При больших числах Кнудсена структура потока аналогична эффузионному течению через отверстие.

В сильно разреженном газе рассеянье кинетической энергии струи сопровождается формированием криволинейной ударной волны и прямого скачка.

Внутренняя невязкая зона с увеличением чисел Кнудсена разрушается из-за размывания скачков и проникновения в нее молекул окружающего газа.

Сферическая форма струи характерная для эффузии.

Эффузию можно наблюдать, когда газ выходит из отверстия, размеры которого малы по сравнению с длиной свободного пробега частиц в объеме.

Эффузионный пучок.

Подобная картина возникает и при диффузном отражении набегающих на пластину молекул сильно разреженного газа.

Образование облака отраженных от пластины частиц в глубоком вакууме.

Сферическое тело в высокоскоростном потоке газа.

Когда число Кнудсена существенно больше единицы, перед телом образуется область повышенной концентрации отраженных частиц, невзаимодействующих между собой и молекулами набегающего потока.

С уменьшением числа Кнудсена в условиях более плотной атмосферы картина обтекания качественно изменяется.

Перед телом возникает зона размытой ударной волны, здесь молекулы многократно сталкиваются друг с другом, прежде чем достигнут поверхности тела.

Тонкая ударная волна, характерный признак взаимодействия тела со сплошной средой.

На образование ударной волны затрачивается кинетическая энергия движущегося тела, вызывая сильный нагрев его поверхности.

Надежная тепловая защита аппарата позволяет экипажу космического корабля возвратиться на Землю.

Космонавты после приземления.

Изображение планеты Сатурн, переданное космическим кораблем.

Кольца Сатурна.

Одна из гипотез предполагает, что кольца состоят из сотен отдельных кольцевых структур, образованных микрочастицами.

Частицы вместе с молекулами газа испаряются с поверхности спутников Сатурна.

Фотография колец Сатурна.