1.2.4. Електричні явища у вакуумі

Проходження електричного струму через гази при прикладенні різниці потенціалів зумовлено переміщенням електронів і позитивних іонів. При відсутності електричного поля розподіл по енергіях для електронів, іонів і нейтральних молекул однаковий.

При рівних умовах довжина вільного шляху електронів у 5,6 раза більша, ніж у молекул чи позитивних іонів. Найбільш часто для іонізації залишкових газів використовується електронне бомбардування. Процес іонізації залишкових газів характеризує ефективність іонізації атомів, тобто кількість пар іонів, утворених одним електроном на шляху в 1 м при тиску 1 Па.

При низькому вакуумі у зв’язку з малою довжиною вільного шляху електрони під дією електричного поля не встигають набути енергії, необхідної для іонізації атомів газу. Електропровідність газу в таких умовах мала.

При високому вакуумі у зв’язку з малою кількістю заряджених частинок електропровідність газового проміжку ще менша.

В області середнього вакууму спостерігаються найбільші значення електропровідності газу.

Пашен відкрив закон, за яким пробивна напруга залежить від добутку тиску газу на віддаль між електродами, а не від кожного з цих параметрів окремо (мінімум в області середнього вакууму).

При тисках близько 10³ Па – розряд між електродами у вигляді шнура тонкого, який при 10² Па заповнює всю розрядну трубку.

Повітря світиться рожевим кольором, кисень – жовтим, азот – оранжевим, гелій – рожевим, пари води – блакитним, аргон – фіолетовим, неон – червоним.

Розділ 3. Сорбційні явища

1.3.1. Сорбційні сили і процеси

Сорбція – це процес поглинання газів або парів твердими чи рідкими тілами.

Зі зниженням робочого тиску роль сорбційних процесів у вакуумній техніці все більше зростає.

Природа сорбційних сил така ж, сама як і сил міжмолекулярної взаємодії. Розрізняють фізичну і хімічну взаємодію. Фізична взаємодія визначається такими ефектами:

1. Притягання між молекулою з постійним диполем і молекулою з індукованим диполем (індукційний ефект);

2. Притягання між молекулами з постійними диполями (орієнтаційний ефект);

3. Притягання між молекулами з флуктуюючим та індукованим диполем (дисперсійний ефект);

4. Відштовхування між ядрами атомів, що зближуються.

При хімічній взаємодії розрізняють такі види зв’язків, які забезпечують притягання молекул: ковалентний, металічний, іонний.

Для полярних молекул H₂O і NH₃ суттєву частину всієї енергії взаємодії складає орієнтаційний ефект, неполярні молекули взаємодіють тільки за рахунок дисперсійного ефекту, індукційний ефект малий для всіх молекул.

Поглинання газів на поверхні твердих тіл за рахунок процесів фізичної взаємодії називається фізичною адсорбцією.

Хемосорбція - це поверхневе поглинання газів за рахунок хімічної взаємодії.

Абсорбція - це поглинання газів в об’ємі твердих або рідких тіл.

Речовина, яка поглинає газ, називається сорбентом (адсобентом, абсорбентом).

Речовина, яка поглинається – сорбат (адсорбат, абсорбат).

Адсорбція - процес екзотермічний, тобто проходить з виділенням теплоти. При поглинанні однієї молекули газу виділяється теплота адсорбції (при фізичній адсорбції вона не перевищує 80 кДж/моль, а при хемосорбції – лежить в межах від 80 до 400 кДж/моль).

З наближенням до поверхні молекула газу за рахунок фізичної взаємодії попадає в першу потенціальну яму (біля поверхні адсорбенту). Потім молекули, які володіють до взаємодії з поверхнею певною величиною енергії, дисоціюють на атоми, які вступають у хімічний зв’язок з атомами адсорбенту. Наступним етапом процесу поглинання є абсорбція, яка характеризується переходом хемосорбованих молекул газу в кристалічну гратку твердого тіла. Найлегше абсорбуються або розчиняються хемосорбовані атоми, які знаходяться на мінімальній віддалі від твердого тіла.

Отже, процес сорбції протікає в наступному порядку: фізична адсорбція, хемосорбція, абсорбція.

Рівноважний стан процесу абсорбції визначається розчинністю газів у твердих тілах. Сам процес розчинення газів здійснюється за рахунок дифузії, з якою також зв’язані дуже важливі для вакуумної техніки процеси газовиділення .

Конденсацію газу можна розглядати як частковий випадок адсорбції речовини на самій собі.