Описание явления

В физике хорошо известно так называемое явление осмоса, суть которого состоит в образовании разности давлений по обе стороны от полупроницаемой перегородки, разделяющей две разных жидкости или раствора. В случае раствора эта разность называется осмотическим давлением и определяется по закону Вант-Гоффа.

Нетрудно показать, что осмос – это один из эффектов, сопровождающих явление функционирования диффузионнофильтрационной пары под действием разности диффузионных потенциалов

Dm_дф = m_дф” – m_дф дж/кг. (529)

Осмотическое давление представляет собой фиктивную движущую силу Dр_с, определяемую формулами (484) – (486). Закон Вант-Гоффа действует лишь при малых диаметрах капилляров, когда d £ 2x₀ - формула (527). При d > 2x₀ фактическое значение Dр_с¥ меньше рассчитанного по формуле Вант-Гоффа. С ростом d осмотическое давление обращается в нуль и погрешность расчета по формуле Вант-Гоффа становится максимальной. Аналогичное ограничение было наложено на теорию Кнудсена в термофильтрационных явлениях (§ 10).

При диффузионной фильтрации жидкостей наблюдаются все эффекты, описанные в § 6 и 7. Количественная сторона некоторых из них весьма незначительна, что затрудняет опыты.

Интересную разновидность диффузионнофильтрационной пары дает известный опыт Планка. Если свинцовый стержень 1 погрузить одним концом в ванну со ртутью 3, то последняя начинает подниматься по стержню (рис. 25). На рисунке показаны результаты опыта со свинцовым стержнем диаметром d = 3, 6 мм (из совместной работы с аспирантом И.В. Стойчевой). Движение пленки 2 ртути подчиняется законам фильтрационной пары и происходит под действием разности диффузионных потенциалов. Эффект Планка в принципе не отличается от фонтанного эффекта в гелии-II.

Рис. 25. Зависимость высоты поднятия пленки ртути от времени.

В связи с этим полезно подчеркнуть, что для термодинамической пары совершенно безразлично, находится ли циркулирующее вещество внутри капилляра или располагается по внешнему контуру тонкого стержня. Для пары принципиально важно лишь наличие двух слоев вещества, один из которых соприкасается с инородной поверхностью и испытывает с ней молекулярное взаимодействие, а другой – нет.

Диффузионная фильтрация газов через капилляр происходит по схеме, изображенной на рис. 16. Экспериментальные данные П.В. Волобуева и П.Е. Суетина [17] подтверждают соответствие результатов наблюдений законам общей теории [11, 14].