ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Эффект закалки из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Предположим, что вначале температура была высока, так что молекулы были диссоциированы и атомы сильно ионизованы. Предположим также, что велика была и начальная плотность газа, как это бывает, если газовое облако образовалось в результате быстрого выделения энергии в первоначально твердом веществе. Тогда на ранней стадии разлета при больших плотности и температуре все релаксационные процессы протекают очень быстро и газ находится в термодинамическом равновесии, причем характеристики его состояния, например степени ионизации или диссоциации, следят за охлаждением и расширением. Если бы газ в течение всего разлета продолжал оставаться термодинамически равновесным, то по мере расширения и охлаждения все электроны довольно скоро должны были бы объединиться с Ионами в нейтральные атомы, а все атомы, обладающие химическим сродством, объединились бы в молекулы. [c.444] Легко видеть, однако, что как бы ни была велика вначале скорость установления термодинамического равновесия по сравнению со скоростями охлаждения и расширения, обязательно наступит момент, когда соотношение скоростей этих процессов станет обратным, термодинамическое равновесие перестанет устанавливаться, а степени ионизации и диссоциации начнут отклоняться от равновесных значений все больше и больше. [c.444] Действительно, равновесные степени ионизации и диссоциации устанавливаются в результате компенсации прямых и обратных процессов. Но при низких температурах ионизация и диссоциация, требующие большой затраты энергии, резко замедляются. Скорости этих процессов зависят от температуры по экспоненциальным законам ехр —ПкТ) и при кТ I чрезвычайно сильно зависят от температуры, а следовательно, и от времени. Между тем скорости обратных процессов — рекомбинации, зависят от плотности, температуры, а значит, и от времени лишь по степенным законам. Таким образом, в некоторый момент процессы ионизации и диссоциации прекратятся, после чего степени ионизации и диссоциации будут уменьшаться с течением времени по степенным законам, тогда как равновесные величины падают по экспоненциальным. [c.444] Скорости рекомбинационных процессов вследствие расширения уменьшаются, и эти процессы могут вообще прекратиться. Убедимся в в этом на примере рекомбинации атомов в молекулы (рекомбинация электронов с ионами будет рассмотрена в следующих параграфах). [c.444] Начиная с момента ty, при котором Тл ty, вероятность рекомбинации данного атома w С I. Таким образом, газ разлетается на бесконечность диссоциированным. Этот эффект можно назвать закалкой или замораживанием диссоциации. [c.445] Начиная с некоторого момента, в газе почти прекращаются и газокинетические столкновения. Прекращается дезактивация колебательного и вращательного возбуждения молекул ударами частиц. Это следует из сходимости того же интеграла столкновений (8.28). Однако закалки молекулярных колебаний и вращений не происходит колебательная и вращательная энергии молекул уносятся вследствие спонтанного испускания световых квантов. Колебательные переходы дают излучение в инфракрасной области спектра, а вращательные — в радиодиапазоне. [c.445] Ввиду сходимости интеграла столкновений с подставленным в него газокинетичоским сечением (нейтральных атомов) при сферическом разлете с течением времени прекращается и обмен энергией хаотического поступательного движения атомов. Дальнейший разлет продолжается вообще без столкновений ). [c.445] Пусть столкновения прекращаются в момент когда газ занимает сферу радиуса Гу (рис. 8.12). В точки АжВ частицы приходят из этой сферы в моменты 1 и 1 , обладая скоростями, направления которых заключены в конусах, показанных на рис. 8.12. [c.446] что чем больше расстояние от центра, тем меньше раствор конуса и тем ближе к (г ) , т. е. тем меньше разность (и) . [c.446] В пределе t оо, г оо все частицы летят в строго радиальном направлении и г = (о) , т. е. вся кинетическая энергия превращается в гидродинамическую . [c.446] Что касается цилиндрического и плоского случаев разлета, то термодинамическое равновесие здесь также обязательно нарушается, но, конечно, степени диссоциации и ионизации изменяются с течением времени по другим законам. Надо сказать, что если масса газа конечна, то при достаточно большом расширении плоский и цилиндрический случаи обязательно превратятся в сферический . [c.446] Отметим ряд работ [15а, 24—26], посвященных различным вопросам свободномолекулярного разлета газа в пустоту, при котором нет столкновений (в этих статьях можно найти ссылки и на некоторые другие работы). 13 работе [27] рассматривался разлет ионизованного газа в пустое пространство, в котором имеется магнитное поле. [c.446] Вернуться к основной статье