Gaz isotherme en centrifugeuse

La loi de répartition d'un gaz parfait globalement immobile dans le référentiel lié à un cylindre vertical de hauteur H et de rayon R en rotation par rapport à un référentiel galiléen est stratifiée en distance axiale, en fonction de l' énergie potentielle centrifuge : -1/2 m . On s'attend donc, conformément à la distribution de Boltzmann, à une pression P(r) = P(0). exp - (-1/2 m )/kT, ce que confirme le calcul via l'équation dP/dr = .

Énergie

On peut aussi calculer l' énergie interne du gaz dans le référentiel du laboratoire :

E = 3/2NkT + [-NkT + N .1/2 m / (1- exp -1/2 m /kT)]

D'après un théorème général, l'énergie dans le référentiel R' non galiléen tournant avec le cylindre vaut :

E' = E - L. , L étant le moment cinétique:

L. = -2 N.kT + 4N.[1/2 m / (1- exp -1/2 m /kT)].

La capacité calorifique à pression constante d'un tel gaz reste , à condition bien sûr de compter l'énergie potentielle.

Dans une centrifugeuse où )peut atteindre 100 000, on voit que la sédimentation des corps de masse m1 > m2 va s'effectuer : c'est un moyen de séparer les isotopes de l'hexafluorure d'uranium, ce qui rend potentiellement dangereuse toute centrifugeuse de ce type.

En biologie, dans des centrifugeuses, on sépare par sédimentation des solutés différents (protéines par exemple) dissous dans l'eau. La formule de Boltzmann reste applicable.

Other Languages