Вот тут-то и начинается самое интересное: физическая природа газа в вакуумной камере радикально меняется (а газ там будет всегда). абсолютный вакуум невозможен, см. выше об испарении всего и вся). И молекулы газа начинают больше ударяться о стенки камеры, чем сталкиваться друг с другом.
Степени вакуума
Величина давления Является традиционным признаком для классификации степеней вакуума. Сегодня общий термин «вакуум» относится к любой области, в которой давление от атмосферного до до давления, на 19 порядков ниже атмосферного. Этот расширенный ассортимент предлагает следующие преимущества давлений подразделяется на несколько интервалов, указывающих на степень вакуума. Это подразделение значений давления ниже атмосферы является несколько произвольным и представляет собой удобный способ обозначения различных физических явлений, происходящих в пределах значений давления, для каждой степени. Многие промышленные вакуумные приложения также можно классифицировать по степени вакуума. В таблице 2 приведены области применения промышленного вакуума и соответствующие им диапазоны. давлений.
Таблица 2. Типы применения промышленного вакуума
Уровень вакуума
Типичные применения
Достижение перепада давления
Применение низкого вакуума в медицине, удерживание и подъем грузов, пневматические приводы транспортных средств, очистка, фильтрация, формовка.
Удаление реактивных газов, т.е. компонентов атмосферы
Лампы (накаливания, флуоресцентные, электроразрядные), плавление, спекание, упаковка, инертизация, обнаружение утечек
Удаление газовых включений или газов, растворенных в твердых телах
в твёрдых телах
Сушка, обезвоживание, конденсация, сублимационная сушка, дегазация, сублимационная сушка, пропитка
Снижение передачи энергии
Теплоизоляция, электроизоляция, вакуумный микробарометр, моделирование условий в помещении
Устранение молекулярных столкновений
Электронные и катодные лучевые трубки, кинескопы, фотоэлементы, фотоумножители, рентгеновские трубки, ускорители, аккумуляторы, масс-спектрометры, разделение изотопов, электронные микроскопы, электронно-лучевая сварка, покрытия (испарение, минерализация), молекулярная дистилляция.
Испытания на разрушение, адгезию и эмиссию, испытания материалов для космической промышленности.
Для изучения физических явлений, связанных с различными степенями вакуума, перечисленными в таблице 1.2, полезно ввести дополнительные термины, описывающие степень вакуума: Молекулярная концентрация, средний свободный путь молекул газа и время образования отдельных молекул. К этим терминам применяются следующие определения:
- Молекулярная концентрация — среднее число молекул газа в единице объема;
- Средняя длина свободного пути молекул газа — среднее расстояние, которое проходит молекула между двумя последовательными столкновениями с другими молекулами;
- Время формирования мономолекулярного слоя — время, которое необходимо для того, чтобы чистая поверхность покрылась слоем газа толщиной в одну молекулу. Это время определяется отношением числа молекул, необходимым для формирования компактного мономолекулярного слоя (приблизительно 8 x 10 14 молекул/см 2 ), и частотой соударений молекул с поверхностью.
На рисунке 1.1 показана зависимость между этими величинами в зависимости от давления. Приведенные выше определения могут быть использованы для описания физических процессов, характеризующих различные степени вакуума.
Низкий и средний вакуум
В диапазоне низкого и среднего вакуума количество молекул газа в вакуумном сосуде велико по сравнению с количеством молекул, покрывающих поверхность сосуда. Сокращение давления путем эвакуации служит для удаления молекул из газовой фазы. Этот диапазон отрицательного давления находится между давления 1 атм до примерно 10 -2 торр. Вакуум такой величины используется во многих промышленных процессах, где требуется дегазация или сушка материалов и компонентов.
1. Функция распределения молекул по скоростям Максвелла-Больцмана.
2. вероятная скорость
3. средняя арифметическая скорость
4. среднеквадратичная скорость
5. средняя энергия
Высокий вакуум
Диапазон высокого вакуума соответствует ситуации, когда молекулы газа находятся преимущественно на поверхностях сосуда, а средняя длина свободного пробега молекул равна или больше размера вакуумного сосуда. Молекулы движутся в вакуумном сосуде, не сталкиваясь с другими молекулами. При таком уровне вакуума целью откачки является удаление отдельных молекул. Молекулы покидают поверхность и достигают насоса по отдельности. Высокий вакуум часто используется для нанесения вакуумных покрытий, механической обработки и модификации поверхности. диапазон давлений высокого вакуума составляет от 10 -3 до 10 -7 Торр.
В условиях сверхвысокого вакуума время образования мономолекулярного слоя такое же или больше, чем в обычных лабораторных условиях. Это позволяет подготовить и охарактеризовать поверхности полостей до образования слоя адсорбированного газа. диапазон давлений Сверхвысокий вакуум от 10 -7 до 10 -15 Торр. В таблице 2 показаны различные применения вакуумной технологии во многих важных промышленных процессах в зависимости от уровня применяемого вакуума.
Вот тут-то и начинается самое интересное: физическая природа газа в вакуумной камере радикально меняется (а газ там будет всегда). абсолютный вакуум невозможен, см. выше об испарении всего и вся). И молекулы газа начинают больше ударяться о стенки камеры, чем сталкиваться друг с другом.
Виды давления. Абсолютное, избыточное и вакууметрическое давление
В самых разных областях техники и науки, в самых разных технических устройствах и системах необходимо измерять давления жидкостей или газов. В зависимости от области применения, инженеры должны уметь измерять давления и использовать соответствующие единицы для точного отображения этих измерений и правильного или корректного обращения с ними.
Гидростатическое давление, как и напряжение, измеряемое в дин/см2 в системе СГС, в кгс/м2 в системе МКГСС, в Па в системе СИ. Кроме того, гидростатический давление измеряется в кгс/см2, высота столба жидкости (в mWS, мм рт. ст. и т. д.) и, наконец, в физических (атм) и технических (атм) атмосферах (в гидравлике последняя единица все еще является преобладающей). Для перевода из одной единицы измерения давления в другие единицы измерения, вы можете воспользоваться нашим конвертером давлений. Там у вас есть возможность преобразовать бар, psi. в Па, МПа в м.а. или ртутный столб и т.д.
Абсолютное значение
Абсолютное давление ─ это истинное давление Для жидкостей, паров или газов, с которых можно снимать показания от абсолютного нуля давления (абсолютного вакуум).
Разность между абсолютным давлением p и атмосферным давлением pа называется избыточным давлением и обозначается pАббревиатура:
hп в данном случае называется пьезометрическим напором, который является мерой избыточного давления.
На рисунке показан закрытый резервуар с жидкостью на поверхности, которая является давление p0. Пьезометр P, подключенный к резервуару (см. рисунок ниже), определяет избыточное давление в точке A.
Абсолютное и избыточное давления, выраженные в атмосферах, обозначаемые соответственно ata или ati.
Вакууметрическое давление
Вакуумметрическое давление, или вакуум, — недостаток давления в атмосфере (дефицит давления)т.е. разница между атмосферным или барометрическим и абсолютным давлением:
где hvac — это уровень вакуума, т.е. показания вакуумметра B, подключенного к резервуару, как показано на следующем рисунке. Вакуум выражается в тех же единицах, что и и давление, и в долях или процентах от атмосферы.
Последние два выражения показывают, что вакуум может варьироваться от нуля до атмосферы давлениямаксимальное значение hvac при нормальных атмосферных давлении (760 мм рт. ст.) составляет 10,33 м а.с.
Инфографика для лучшего запоминания и понимания.
Вильнер Я.М. Справочное руководство по гидравлике, гидравлическим машинам и гидравлическим механизмам.
