Понятие о вакууме и давлении

ЛЕКЦИИ ПО ВАКУУМНОЙ ТЕХНИКЕ.

Физика вакуума

Понятие о вакууме и давлении

Основой физики вакуума являются следующие постулаты:

1) Газ состоит из отдельно движущихся молекул.

2) Существует постоянное распределение молекул газа по скоростям.

3) При движении молекул газа нет преимущественного движения.

4) Температура газа - величина, пропорциональная его средней кине­тической энергии молекул.

5) При взаимодействии с поверхностью твердого тела молекулы газа адсорбируются.

В а к у у м - состояние газа при более низком давлении, чем атмосферное. При давлениях, близких к атмосферному, пользуются ко­личественным определением вакуума как разности атмосферного и абсолютного давлений. При абсолютном давлении, отличающемся от ат­мосферного более чем на два порядка, эта разность остается практи­чески постоянной и не может служить количественной характеристикой разреженного газа. В этих условиях вакуум определяют абсолютным давлением газа. При очень малых давлениях, которые не могут быть измерены приборами, состояние газа можно характеризовать количест­вом молекул в единице объема - молекулярной концентрацией газа.

Согласно второму закону Ньютона, давление молекулы на поверх­ность твердого тела:

, (1.1)

где ΔA - площадь поверхности; Δt - время взаимодействия молекулы

с поверхностью.

Давление газа на поверхность твердого тела найдем интегриро­ванием по объему полусферы, из которой молекулы достигают поверх­ности за время Dt, с радиусом R=vDt. С учетом выражения (1.1)

(1.2)

Вводя вместо постоянной среднеквадратичную скорость, получим

, (1.3.)

где n - молекулярная концентрация.

Учитывая, что плотность газа ρ=nm, выражение (1.3) можно при­вести к виду

Р = ρv_кв/3.

Уравнение (1.3) применимо при условиях равновесия, т.е. ра­венства потоков падающих и вылетающих молекул газа. Равенство мо­жет нарушаться, например, при адсорбции молекул на поверхности.

Атмосферный воздух - основная газовая смесь, с которой прихо­дится иметь дело в вакуумной технике. Он состоит в основном из азота, кислорода, паров воды и др. При 25ºС и 50% влажности парци­альное давление паров воды - 12 гПа (табл. 1.1).

В качестве нормальных условий приняты давление 10⁵ Па и тем­пература 273 К. При этом объем, занимаемый 1 кмоль, равен 22,4 м³.

Таблица 1.1

Состав сухого атмосферного воздуха.

Газы	Содержание, %	Парциальное давление, гПа	Газы	Содержание, %	Парциальное давление, гПа
N2 O2 Ar CO2 Ne He	78,1 0,9 0,03 0,0018 0,00052	0,3 0,018 0,0052	CH4 Kr N2O H2 Xe	0,0002 0,0001 0,00005 0,00005 0,000009	0,002 0,001 0,0005 0,0005 0,00009

Дата добавления: 2015-07-20