Versamento
Considerare il sistema sopra descritto nel calcolo della pressione del gas, ma con l'area A nella parete del contenitore sostituita con un piccolo foro. Il numero di molecole che fuoriescono attraverso il foro nel tempo t è uguale a (1/2) (N / V) v z (At). In questo caso, le collisioni tra molecole sono significative e il risultato vale solo per piccoli fori in pareti molto sottili (rispetto al percorso libero medio), in modo che una molecola che si avvicina al foro possa passare senza scontrarsi con un'altra molecola e essere deviato via. La relazione tra v z e la velocità media v̄ è piuttosto semplice: v z = (1/2) v̄.
Se si confrontano i tassi per due diversi gas che effluiscono attraverso lo stesso foro, iniziando ogni volta con la stessa densità del gas, si scopre che molto più gas leggero fuoriesce rispetto al gas pesante e che più gas fuoriesce ad alta temperatura che a bassa temperatura, altre cose uguali. In particolare,
L'ultimo passaggio segue dalla formula energetica, (1/2) mv 2 = (3/2) kT, dove (v 2) 1/2 è approssimato per essere v, anche se v 2 e (v̄) 2 differiscono effettivamente per un fattore numerico vicino all'unità (cioè 3π / 8). Questo risultato fu scoperto sperimentalmente nel 1846 da Graham per il caso della temperatura costante ed è noto come la legge di effusione di Graham. Può essere utilizzato per misurare pesi molecolari, per misurare la tensione di vapore di un materiale a bassa pressione di vapore o per calcolare la velocità di evaporazione delle molecole da una superficie liquida o solida.
Traspirazione termica
Supponiamo che due contenitori dello stesso gas ma a temperature diverse siano collegati da un piccolo foro e che il gas sia portato in uno stato stabile. Se il foro è abbastanza piccolo e la densità del gas è abbastanza bassa da causare solo il versamento, la pressione di equilibrio sarà maggiore sul lato ad alta temperatura. Ma, se le pressioni iniziali su entrambi i lati sono uguali, il gas fluirà dal lato a bassa temperatura a quello ad alta temperatura per far aumentare la pressione ad alta temperatura. Quest'ultima situazione si chiama traspirazione termica e il risultato allo stato stazionario si chiama differenza di pressione termomolecolare. Questi risultati derivano semplicemente dalla formula di effusione se si usa la legge del gas ideale per sostituire N / V con p / T;
Quando viene raggiunto uno stato stazionario, i tassi di effusione sono uguali e quindi
Questo fenomeno fu investigato per la prima volta sperimentalmente da Osborne Reynolds nel 1879 a Manchester, in Inghilterra. Possono verificarsi errori se una pressione del gas viene misurata in una nave a temperatura molto bassa o molto alta collegandola tramite un tubo fine a un manometro a temperatura ambiente. Una circolazione continua di gas può essere prodotta collegando i due contenitori con un altro tubo il cui diametro è grande rispetto al percorso libero medio. La differenza di pressione spinge il gas attraverso questo tubo per flusso viscoso. Un motore termico basato su questo flusso circolante sfortunatamente ha una bassa efficienza.
