Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
p3 / p3.doc
Скачиваний:
15
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
1.17 Mб
Скачать

1.1.6. Поняття про ступені вакууму

Багато фізичних процесів у вакуумі сильно залежать від співвідношення між кількістю взаємних зіткнень молекул і числом зіткнень молекул зі стінками вакуумної системи.

Частота зіткнень між молекулами Км обернено пропорційна середній довжині вільного шляху Км = Vар /L.

Із загальної кількості зіткнень молекул зі стінками камери n· Vар·F /4, які припадають на n·V – молекул, легко розрахувати середнє число зіткнень зі стінкою Кс, які відбуваються в одиницю часу на одну молекулу:

,

де F – площа поверхні стінок, які контактують з розрідженим газом; V – об’єм камери; dеф = 4V/F – ефективний розмір вакуумної камери.

Для молекул газу всередині сферичної посудини діаметром Д ефективний розмір камери dеф = 2Д/3, для труби нескінченної довжини з діаметром Д одержимо dеф = Д , а для двох нескінченних паралельних поверхонь, розташованих на віддалі Д одна від іншої – dеф = 2Д.

Співвідношення КСМ називають критерієм Кнудсена

Kn = KC /KM = L / dеф.

В залежності від значення безрозмірного критерію Kn розрізняють ступені вакууму: низький, середній і високий.

Під низьким вакуумом розуміють стан газу, при якому взаємні зіткнення між молекулами переважають над зіткненнями молекул газу зі стінками вакуумної камери.

Такий стан газу відповідає умові Kn << 1.

При цьому довжина вільного шляху молекул газу значно менша від розмірів вакуумної камери.

При напиленні в низькому вакуумі зіткнення молекул газу з молекулами розпилюваної речовини, не дають можливості одержати на стінках камери зображення екрана, який поставлений на шляху молекулярного пучка.

Середній вакуум – це стан газу, коли частоти зіткнень молекул одна з одною і з стінками вакуумної камери однакові, при цьому L dеф , а Kn1.

Високий вакуум – це стан газу, при якому зіткнення молекул газу зі стінками переважають над взаємним зіткненням між молекулами газу.

При цьому Kn >> 1. Зображення на стінках вакуумної камери від екрана, який поставлений на шляху молекулярного пучка, одержується в цьому випадку чітким.

Під надвисоким вакуумом можна розуміти область високого вакууму, для якої частка поверхні, покритої адсорбованими газами, не перевищує заданої величини R0.

Умова існування надвисокого вакууму: L / dеф >> 1; Θ <R0, де Θ – ступінь покриття поверхні молекулами газу.

Розділ 2. Фізичні процеси у вакуумі

1.2.1. В’язкість газів. Переніс тепла. Дифузія в газах

При переміщенні твердого тіла зі швидкістю Vп за рахунок передачі кількості руху молекулам газу виникає сила внутрішнього тертя.

В області низького вакууму сила тертя не залежить від тиску.

В області середнього вакууму сила тертя починає зменшуватись зі зниженням тиску.

Сила тертя в області високого вакууму пропорційна молекулярній концентрації або тиску газу.

Теплопередача в розріджених газах може відбуватись за рахунок трьох процесів: конвекції, теплопровідності і випромінювання.

Конвекційний теплообмін може бути або природним через дію гравітаційного поля на газ, який має різну густину внаслідок температурних градієнтів, або вимушеним при наявності газових потоків під час відкачки вакуумних камер.

В області середнього і високого вакууму роль конвекційного теплообміну в загальному балансі передачі тепла мала, і в розрахунках нею нехтують. При низькому вакуумі конвекційний теплообмін є основним способом теплопередачі.

Теплопровідність газу, як і в’язкість, не залежить від тиску в області низького вакууму і пропорційна тиску при високому вакуумі.

У високому вакуумі випромінювання є практично єдиним способом передачі тепла і не залежить від тиску газу.

Рівняння стаціонарної дифузії, згідно з першим законом Фіка, має вигляд:

PП=,

де D – коефіцієнт дифузії; dn/dx – градієнт концентрації; PП – густина потоку частинок в напрямку, протилежному градієнту концентрації.

PП = ,

Dc = L·Vар /2 – коефіцієнт самодифузії в низькому вакуумі або

Dc =.

Отже, коефіцієнт самодифузії в області низького вакууму обернено пропорційний тиску і збільшується з підвищенням температури газу.

Коефіцієнт самодифузії у високому вакуумі не залежить від тиску, прямо пропорційний і обернено пропорційний.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.