Efusão
Considere o sistema descrito acima no cálculo da pressão do gás, mas com a área A na parede do recipiente substituída por um pequeno orifício. O número de moléculas que escapam pelo buraco no tempo t é igual a (1/2) (N / V) v z (At). Nesse caso, as colisões entre moléculas são significativas, e o resultado é válido apenas para pequenos orifícios em paredes muito finas (em comparação com o caminho livre médio), de modo que uma molécula que se aproxima do buraco passará sem colidir com outra molécula e sendo desviado. A relação entre v z e a velocidade média v̄ é bastante direta: v z = (1/2) v̄.
Se forem comparadas as taxas de dois gases diferentes que passam pelo mesmo orifício, começando com a mesma densidade de gás a cada vez, verifica-se que muito mais gás claro escapa do que gás pesado e que mais gás escapa a uma temperatura alta do que a uma temperatura baixa, outras coisas sendo iguais. Em particular,
O último passo segue da fórmula da energia, (1/2) mv 2 = (3/2) kT, onde (v 2) 1/2 é aproximado para ser v, mesmo que v 2 e (v̄) 2 realmente diferam por um fator numérico próximo da unidade (ou seja, 3π / 8). Este resultado foi descoberto experimentalmente em 1846 por Graham para o caso de temperatura constante e é conhecido como lei de derrame de Graham. Pode ser usado para medir pesos moleculares, para medir a pressão de vapor de um material com baixa pressão de vapor ou para calcular a taxa de evaporação de moléculas de uma superfície líquida ou sólida.
Transpiração térmica
Suponha que dois recipientes do mesmo gás, mas a temperaturas diferentes, estejam conectados por um pequeno orifício e que o gás seja levado a um estado estacionário. Se o furo for pequeno o suficiente e a densidade do gás for baixa o suficiente para ocorrer apenas efusão, a pressão de equilíbrio será maior no lado da alta temperatura. Mas, se as pressões iniciais de ambos os lados forem iguais, o gás fluirá do lado de baixa temperatura para o lado de alta temperatura, fazendo com que a pressão de alta temperatura aumente. A última situação é chamada de transpiração térmica, e o resultado em estado estacionário é chamado de diferença de pressão termomolecular. Esses resultados seguem simplesmente da fórmula de efusão se a lei ideal dos gases for usada para substituir N / V por p / T;
Quando um estado estacionário é atingido, as taxas de efusão são iguais e, portanto,
Este fenômeno foi investigado experimentalmente por Osborne Reynolds em 1879 em Manchester, Inglaterra. Podem ocorrer erros se uma pressão de gás for medida em um recipiente a uma temperatura muito baixa ou muito alta, conectando-a através de um tubo fino a um manômetro à temperatura ambiente. Uma circulação contínua de gás pode ser produzida conectando os dois recipientes a outro tubo cujo diâmetro é grande em comparação com o caminho livre médio. A diferença de pressão conduz o gás através deste tubo por fluxo viscoso. Infelizmente, um motor térmico baseado nesse fluxo circulante tem baixa eficiência.
