Sin usar matemáticas, ¿puedes explicarme qué es un gas enrarecido? Y entonces, ¿qué es un gas ultrararificado? Me gustaría entenderlo desde un nivel conceptual si puedes hacer conexiones con otros conceptos que serían aún mejores. Me gustaría imaginar el concepto en mi cabeza.
Cuando calculamos las propiedades de un gas, generalmente lo tratamos como un fluido continuo, es decir, ignoramos el hecho de que está formado por pequeñas partículas discretas. Por ejemplo, cuando calculamos el flujo de aire sobre las alas de un avión, usamos las ecuaciones de Navier Stokes y estas asumen que el gas es un medio continuo.
Esto solo funciona cuando las partículas de gas (átomos o moléculas) están localmente en equilibrio, y esto significa que tienen que estar intercambiando energía entre sí en una escala de tiempo y longitud mucho más corta que las utilizadas en nuestros experimentos. En un gas como el aire a temperatura y presión ambiente, la distancia que recorren las moléculas de gas entre colisiones (el camino libre medio ) es de alrededor de micras y chocan entre sí aproximadamente cada de un nanosegundo. Entonces, si estamos calculando el flujo de aire sobre un Boeing 747, está bien aproximar el aire como continuo.
Sin embargo, el camino libre medio es inversamente proporcional a la densidad del gas, por lo que si seguimos disminuyendo la densidad, el camino libre medio sigue aumentando y finalmente se aproxima al tamaño del ala de un avión. Una vez que esto suceda, ya no podremos usar la aproximación continua y las ecuaciones de Navier Stokes ya no se aplicarían. Tenemos que tener en cuenta explícitamente la discreción del gas.
Y esto es lo que entendemos por enrarecido . Significa que el camino libre medio y, por lo tanto, el tiempo entre colisiones de las partículas de gas ha aumentado hasta el punto en que ya no podemos tratar el gas como un fluido continuo. Hasta cierto punto, esto depende de la escala en la que estemos trabajando, cuanto menor sea la escala, mayor será la densidad a la que se enrarece el gas , por lo que no existe una definición única de cuándo se enrarece un gas.
No estoy familiarizado con el término ultra-rarificado , pero asumo que significa el régimen en el que el camino libre medio de las partículas de gas es mucho más largo que la escala de longitud del experimento.
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