Чисто теоретически такой ВД можно поместить в некий объём, в котором создать давление 0,001 мм рт. ст. Тогда отверстия в мембране могут быть и больше. Например 0,1 мм. Вследствие большого разрежения молекулы в этом случае будут также пролетать через такие отверстия поодиночке. Но соответственно в сотни тысяч раз уменьшится и сила, действующая на цилиндры. А сила трения не изменится. Поэтому в реальности при таком низком давлении ВД работать не будет.
Размер отверстия должен быть как минимум - меньше длины свободного пробега молекулы и как максимум - чуть больше диаметра молекулы. Возьмём два крайних случая - отверстие 1 мм и отверстие 1 нм. Через отверстие 1 мм одна молекула вылететь не может. Она вылетает только вместе с множеством других молекул в виде потока газа. В этом потоке множество хаотично летающих молекул. Скорость потока равна векторной сумме скоростей всех молекул. Поэтому скорость потока при небольшом давлении в сотни раз меньше скорости молекул в этом потоке.
Предположим, что все молекулы летают по осям координат. Рис.1. Векторная сумма скоростей всех молекул макроскопического объёма газа равна 0. Центр масс (красный) этого объёма газа неподвижен.
Внутри цилиндра небольшое избыточное давление. Отверстие в мембране большое. Рис.2. В результате этот объём газа пролетает через большое отверстие. В этом объёме молекулы также двигаются хаотично. Векторная сумма скоростей уже не равна 0. Но она небольшая, так как её снижают молекулы, двигающиеся против потока. В этом объёме молекулы при столкновениях постоянно меняют направление своего движения и в любой момент времени будет множество молекул, летящих против потока.
Отверстие в мембране чуть больше размера молекулы. Рис.3. В результате только молекулы летящие в сторону мембраны могут пролететь через неё. Молекулы летящие в противоположном направлении - это молекулы которые ударились в мембрану и отскочили. Они не могут вылететь. Молекулы, летящие параллельно мембране, также не могут вылететь. До мембраны множество хаотично летающих молекул. Но через мембрану пролетает множество однонаправленных молекул. Мембрана - это фильтр, пропускающий молекулы, летящие в одном направлении.
Bulatosу.
Давление внутри и снаружи 10 кгс/см2. При движении цилиндров давление внутри увеличивается и становится 10,01 кгс/см2. То есть, на 0,01 кгс/см2 больше. Минимальное давление внутри - это минимальное избыточное давление внутри. Поэтому и при 100 кгс/см2 минимальное избыточное давление может быть 0,01 кгс/см2.
Чем выше давление газа - тем больше молекул в единице объёма газа. Поэтому при равных объёмах, но при разных давлениях внутри может находиться разное количество молекул. Если поместить ВД в газовую среду, в которой давление 100 кгс/см2, молекул внутри будет примерно в 100 раз больше.
