Một số khái niệm quan trọng trong công nghệ chân không
Jun 15, 2019| Một số khái niệm quan trọng trong công nghệ chân không
Tại một bầu khí quyển, mật độ phân tử của không khí n = 2,7 × 1019 / cm3.
Không khí là hỗn hợp các khí có khối lượng phân tử tương đối tỷ lệ với các phân tử của khí. Trọng lượng phân tử tương đối của nitơ là 28.016 và tỷ lệ thể tích là 78,1%. Trọng lượng phân tử tương đối của oxy là 32 và tỷ lệ thể tích là 20,93%. Trọng lượng phân tử tương đối của argon là 39.944 và tỷ lệ thể tích là 0,933%.
Khối lượng phân tử tương đối trung bình của = (32 x 28.016 x 78.1 + 20.93 + 39.944 x 0.933) / (78.1 + 20.93 + 0.933) = 28.96
Theo lý thuyết động học của chất khí, áp suất được tính như
P = nkT
Trong các đơn vị tiêu chuẩn quốc tế (áp suất Pa, thể tích m3), hằng số boltzmann k là 1,38 × 10-23 J / k.
Mật độ của các phân tử khí bằng không
N = p / (kT) (1-4)
Ở áp suất 1Pa và nhiệt độ 27oC, mật độ của các phân tử khí là n
N = 1 / (1,38 x 10-23 x + 27) (273) = 2,4 x 1020 / m3
Do đó, ngay cả ở độ chân không 10-9 Pa, có 1011 phân tử khí trên một mét khối không gian.
1. Đường dẫn tự do trung bình của các phân tử khí
Một chất khí được tạo thành từ một số lượng lớn các phân tử. Ở 0oC một bầu khí quyển, có 1 mol (6.02 × 1023 phân tử) trong 22.4L không gian. Các phân tử này di chuyển ở nhiệt độ phòng ở 500 đến 1.500 m / s và va chạm với các phân tử khác, thay đổi hướng và tốc độ, sau đó va chạm với các phân tử khác. Khoảng cách giữa hai va chạm được gọi là đường dẫn tự do trung bình.
có nghĩa là con đường tự do Lambda [m], áp suất p [Pa], nhiệt độ T [K] và đường kính phân tử D [m]
Lambda = 3,11 x 10 đến 24 T / pD2 (1-5)
Do đó, đường tự do trung bình của phân tử khí tỷ lệ nghịch với áp suất, tỷ lệ thuận với nhiệt độ và tỷ lệ nghịch với bình phương đường kính phân tử.
Dữ liệu thực tế về áp suất và đường dẫn không có nghĩa là phân tử cho không khí với nhiệt độ 25oC cho thấy 1Pa là 7mm, 10-1 Pa là 7cm, 10-2pa là 70cm, 10-3 Pa là 7m và 10-4 Pa là 70m. Hãy nhớ những con số này để làm cho chân không cảm thấy trực quan hơn.
2. Tần suất sự cố của các phân tử khí
Số lượng phân tử khí va vào một bề mặt rắn trên một đơn vị thời gian và diện tích được gọi là tần số sự cố. Mối quan hệ giữa tần số sự cố r và áp suất p [Pa], khối lượng phân tử tương đối của khí Mr Và nhiệt độ T [K] được biểu thị bằng
R = 2,6 × 10-24 p / (MrT) 1/2 [m2 · s] (1-6)
Số lượng phân tử khí va vào một bề mặt rắn trên một đơn vị thời gian và diện tích được gọi là tần số sự cố. Mối quan hệ giữa tần số sự cố r và áp suất p [Pa], khối lượng phân tử tương đối của khí Mr Và nhiệt độ T [K] được biểu thị bằng
R = 2,6 × 10-24 p / (MrT) 1/2 [m2 · s] (1-6)
Nếu đường tự do trung bình của các phân tử khí bằng hoặc dài hơn kích thước của bình chứa, thì có nhiều va chạm giữa các phân tử khí và tường hơn là giữa các phân tử khí. Trạng thái này được gọi là dòng phân tử (hình 1.3 (a)). Nếu đường dẫn tự do trung bình ngắn, số lượng va chạm giữa các phân tử khí cao hơn so với giữa các phân tử khí và thành bình chứa. Trạng thái này được gọi là dòng nhớt (hình 1.3 (b)). Khi các phân tử khí nhớt bị trục xuất khỏi đường ống, vận tốc của trục trung tâm là cực đại và vận tốc gần tường giảm dần.
Đối với dòng phân tử hoặc dòng nhớt, các loại bơm chân không khác nhau được chọn để thu được chân không, sẽ được mô tả chi tiết trong phần bơm chân không.
SUNG. Sơ đồ 1.3 của dòng phân tử và dòng nhớt
3. Dẫn nhiệt trong chân không
Dẫn nhiệt xảy ra khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai vị trí trong không gian. Trong trường hợp dòng chảy nhớt, mật độ phân tử truyền nhiệt và đường tự do trung bình của các phân tử cũng thay đổi khi áp suất thay đổi. Do đường dẫn tự do trung bình và mật độ phân tử có tác dụng ngược lại với sự dẫn nhiệt, nên sự đóng góp của khí trong dẫn nhiệt là không đáng kể đối với dòng chảy nhớt.
Trong trường hợp dòng phân tử, nếu đường tự do trung bình của các phân tử khí dài hơn khoảng cách giữa hai bên của chân không, các phân tử khí thu được năng lượng nhiệt sẽ di chuyển trực tiếp qua chân không sang phía bên kia. Vì vậy, lượng nhiệt truyền qua các phân tử của khí có liên quan đến mật độ phân tử của khí. Mật độ phân tử của khí tỷ lệ thuận với áp suất, do đó nhiệt do các phân tử truyền đi tỷ lệ thuận với áp suất. Tuy nhiên, mật độ phân tử trong dòng phân tử rất thấp và sự truyền nhiệt thực tế là không đáng kể.
Đối với môi trường chân không, sự dẫn nhiệt của trạng thái dòng phân tử chủ yếu là bức xạ. Để cải thiện chất lượng của màng mỏng phát triển trong thùng chứa chân không, chất nền thường được làm nóng, chủ yếu đạt được bằng bức xạ nhiệt.
IKS PVD, máy phủ chân không, liên hệ: iks.pvd@foxmail.com
