Повітря – основна газова суміш, з якою доводиться мати справу у вакуумній техніці: n2 – 78,1%; o2 – 21%; Ar – 0,9%; cо2 – 0,03%; Ne – 1,8·10-3%; He – 5,2·10-4%; h2 - 5·10-5% (по скл).

Одиниця тиску в системі СІ – 1 Па (паскаль), чисельно рівний 1 Н/м². 1 гПа = 10² Па.

Співвідношення між одиницями тиску:

1 атм (фізична) = 1,01·10⁵ Па = 1,01·10⁶ дин/см² = 1,03·10⁴ кгс/м² = 1,03 кгс/см² = 1,01 бар =760 мм рт. ст. = 760 торр.

1.1.3. Функція розподілу молекул газу за швидкостями

Користуючись гіпотезами про існування стаціонарного розподілу молекул за швидкостями і про ізотропність простору газових молекул, а також враховуючи, що згідно зі співвідношенням середньоквадратична швидкість V_кв=, Максвелл одержав функцію розподілу молекул газу за швидкостями, яка носить його ім’я:

,

де dn_V – кількість молекул, швидкості яких знаходяться в межах від V до V+dV.

Швидкість, при якій спостерігається максимум розподілу, називається найбільш ймовірною швидкістю:

V_йм=.

Для вакуумних розрахунків необхідно знати середньоарифметичну і середньо­квадратичнушвидкості. Співвідношення між швидкостями рівнеV_йм: V_ар:V_кв= 1:1,128:1,225.

1.1.4. Час адсорбції. Ступінь покриття гладкої поверхні молекулами газу

Ударяючись у поверхню твердого тіла, молекули адсорбуються. Час адсорбції або час перебування молекул в адсорбованому стані залежить від теплоти адсорбції і описується рівнянням Френкеля:

,

де Q_a – теплота адсорбції, розрахована на 1 кмоль газу; τ₀ – мінімальний час перебування молекули в адсорбованому стані (τ₀  10^-13с). (Для N₂, O₂, CO, Ar – Q_a  12000-20000 кДж/кмоль при Т = 293 К, τ_а  10^-10 с, а при Т = 77 К τ_а  1с; для парів води і масел Q_a  80000 к Дж/кмоль, при Т = 293 К τ_а  10² с, а при Т = 77 К τ_а  10⁴³ с).

Ступінь покриття поверхні молекулами газу:

,

де f – ймовірність поглинання молекули газу на вільній поверхні (для наближених розрахунків вважають f = 1); а_m – кількість молекул, необхідна для утворення моношару на поверхні твердого тіла.

Ця формула справедлива при таких допущеннях:

1. теплота адсорбції постійна і не залежить від кількості поглинутого газу;

2. всі молекули, які ударяються в поверхню твердого тіла, адсорбуються з ймовірністю f , яка не залежить від кількості поглинутого газу.

Ці допущення справедливі при ступенях покриття, значно менших за одиницю.

Розрахунок за цією формулою для атмосферного азоту при Р = 7,9 ∙ 10⁴ Па (591 торр), Т = 298 К; f = 1; τ₀ = 10^-13 с; Q_a = 14700 кДж/кмоль; R = 8,31 кДж/(кмоль∙К); a_m = 9,6∙10^-18 м^-2 , m = 4,65∙10^-26 кг; k_Б = 1,37∙10^-23 Дж/К дає значення ступеня покриття Θ = 9∙10^-3, тобто азот в таких умовах покриває менше 0,01 вільної поверхні.

1.1.5. Середня довжина вільного шляху

Направлений молекулярний потік, який містить в початковий момент N₀ молекул газу, за рахунок зіткнення з іншими молекулами з частотою K за час dt зменшується на величину dN = - NKdt. Проінтегрувавши цей вираз, одержимо N = = N₀∙e^-Кt = N₀ ∙e^-l/L, де L = V / K – середня довжина вільного шляху молекул газу, яка визначається відношенням швидкості молекул до кількості зіткнень в одиницю часу; l = V∙t – довжина шляху молекули за час t.

Зіткнення відбувається, якщо віддаль між центрами молекул буде не більшою за діаметр молекули d_M. Будемо вважати, що одна молекула має радіус d_M , а всі інші молекули – математичні точки з нульовим радіусом. При русі зі швидкістю V_ар в газі з молекулярною концентрацією n за одну секунду така уявна молекула опише об’єм і відчуєзіткнень.

Середня довжина вільного шляху буде:

Врахування відносних швидкостей руху молекул газу дасть:

Залежність від температури (експериментальна):

де С – постійна Сезерленда; або із рівняння газового стану

;

L =0,63/р – для повітря, де р – в Па, а L – в см.