Plyny v dynamickém stavu Jsou-li ve vakuovém systému různé teploty, nebo tlaky dochází k přenosu energie, nebo k proudění plynu. Difúze plynu Mechanismus difúze závisí na podmínkách: • molekulární X^> L • viskózne molekulárni \ pü L • viskózni A n = na + n& = konst dna dnb Uiiís Cit/y Dab = Dba = D 3/38 koeficient samodifuze při difúzi molekul jednoho plynu koeficient vzájemné difúze při difúzi dvou různých plynů koeficient samodifuze D = -vaX [m2s *] kde V a = 8kT Trnio X = V2nird2 □ S1 4/38 p = nkT => A = kT V2ird2p „ 1 , fcT /8Ä:T ^> = -v« A = —=------4 /------ 3 3V2ird2p\ vrmo 2fcl rf o 3 1 71-2 cPprriQ D T§ d2pJmô □ s - i / 38 koeficient vzájemné difúze na , r, nb Dab = Dba = Da-----—+ A, při stejných počátečních koncentracích na = nb = n => Dab = Dba = D = -(Aava((l) + A6va(6)) i / 38 T = 273 K, p = 105 Pa koeficient samodifuze plyn H2 He ÍÍ2O N2 co2 Hg Xe £>[10-4m2s_1] 1.27 1.25 0.14 0.18 0.1 0.025 0.05 □ S1 ' j 38 koeficient vzájemné difúze plyn Dab[lQ-Am2s-1} ve vzduchu Dab[lQ-Am2s-1} vH2 H2 0.66 1.27 He 0.57 1.25 vzduch 0.18 0.66 CO 0.175 0.64 C02 0.135 0.54 F4160 8/38 Efúze plynu (termomolekulární proudění) Je-li v různých částech vakuového systému různá teplota, začnou proudit molekuly z části s vyšší teplotou do části s nižší teplotou. Uzavřený systém rozdělený přepážkou s otvorem, T2 > Ti 1 1 v\ = -rUiVai , v2 = -n2va2 V2-\ = -7(n2va2 -niVai) □ S1 9/38 proudění ustane, když ri2Va2 = n\va\ p-- = nkT , va = J l8kT irnio ri2 _ ni Val P2T1 _ Va2 P1T2 V2 \Ť~2 Pl ~ V Ti VT2 " □ S1 F4160 10 / 38 spoj s velkou vodivostí a viskózni podmínky '[J Ki pí Ki p2 p ř« kn\T\ ř« kri2T2 U2 Ti spoj s velkou vodivostí a molekulární podmínky ri\ w «2 F4160 11 / 38 Koeficient akomodace Sdílení energie při dopadu molekuly na povrch je závislé na určitých podmínkách, které vyjadřuje koeficient akomodace. d = T2-T1 kde T\ je teplota molekuly dopadající na povrch s teplotou T2 a T'2 je teplota odražené molekuly Koeficient akomodace závisí na druhu plynu, na stavu a druhu povrchu a na teplotě. Změna koeficientu v závislosti na teplotě v mezích 100-500K pro různé plyny nepřekračuje 50%. F4160 12 / 38 Tab. 2.9. Akomodační koeficient (při teplotě asi 300 K) Kov Plyn He Ne Ar H2 N2 o2 W odplyněný (a poté s vrstvou adsorbovaného plynu) 0,02 (0,5) 0.06 (0.74) (0,8) pokrytý vrstvou plynu 0,35 0,35 0,9 0,9 Ni pokrytý vrstvou plynu 0,4 0,8 0,95 0,3 0.8 0,85 Pt leštěná neleštěná černěná 0,35 0,3 0.7 0.8 0,85 0,85 0,95 pokryte vrstvou Plynu N> 0.1 0.27 0.44 sklo neodplyněné 0,35 0,7 - 0,3 0,8 0,8 □ g - = -£00,0 4160 13 / 38 Uhlové rozdelení molekul plynu odrazených od povrchu Molekuly plynu dopadající na povrch se nemusí odrážet podle zákona zrcadlového odrazu. Doba pobytu není nekonečně krátká, povrch vzhledem k velikosti molekuly není dokonale hladká plocha. Rozdělení pravděpodobností se řídí kosinovým zákonem (Knudsenovým) P(oí) = PqCOSOí □ S1 14 / 38 Viskozita plynu (vnitřní tření) viskózni podmínky A 105 t[s] < KT5 ícr5 -ícr2 KT2 - 102 >102 proudění viskózni Knudsenovo molekulární molekulární F4160 21 / 38 Hranice mezi turbulentním a laminárním prouděním Reynoldsovo číslo Re Re — D QU Re > 2200 nastává turbulentní proudění Re < 1200 nastává laminární proudění 1200 < Re < 2200 přechodová oblast □ S1 F4160 22 / 38 Hranice mezi laminárním a molekulárním prouděním Knudsenovo číslo K, Kn < 0.01 nastává turbulentní, nebo laminární proudění Kn > 1 nastává molekulární proudění 0.01 < Kn < 1 přechodová oblast (Knudsenovo proudění) F4160 23 / 38 A = —=------- , p = nkT VŽnird2 kT D _ pDV2ird2 ~ V2ird2p ^ T ~ k~T T = 300 K , k = 1.38065.10-23 JK~l d = 3.75 x 10"10 m(vzduch) pD > 0.662 nastává turbulentní, nebo laminární proudění pD < 6.62 x 10~3 nastává molekulární proudění 6.62 x 10~3 < pD < 0.662 přechodová oblast (Knudsenovo proudění) F4160 24 / 38 6gf{l S'1 cm-2) lím1 □ S1 F4160 25 / 38 Proud plynu Hmotnostní proud plynu m dm Objemový proud plynu F4160 26 / 38 Proud plynu můžeme vyjádřit pomocí počtu molekul v', které procházejí daným průřezem za ls rriQV dm V = k pV = kT m_T_ nio p m mo dV\ , T 1 dm T . —— =k---------— = k—v dt JP=konst pmo dt p \ al J p=kanst I = kTv' □ S1 F4160 27 / 38 Specifický proud plynu Objemová rychlost proudění S h = A ídV\ or 3 -n I — I = S [m6s L] v dt y_=i p=konst I = pS □ S1 F4160 28 / 38 Změna tlaku při V = konst Mějme nádobu objemu V s plynem o tlaku p, chceme změnit tlak. /= djpV) =v ídi dt \dt / y dp S , => — = -dt p V ln{p) = —t + konst P = Px&v F4160 29 / 38 Závislost tlaku na čase lípl \ S>0 Px S=0 •^^ S<0 □ S1 F4160 30 / 38 Vodivost vakuového systému při rozdílu tlaků P2 — Pi a proudu plynu / G = I ímV1! ř>2 -P\ Rychlost odčerpávání vak. systému je rovna jeho vodivosti, je-li na jednom konci p = OPa, G = S Odpor vakuového systému R = ^ [m-3s] □ S1 F4160 31 / 38 Při paralelním spojení vakuových dílů i i Při sériovém spojení vakuových dílů «=i>=Eé- i i F4160 32 / 38 Objemová rychlost na výstupu z trubice Mějme trubici s vodivostí G, protékanou plynem. Na koncích trubice mějme tlaky pi, p2 a objemové rychlosti Si, 5*2. I = G{p2 - pi) I = piSi I = P2S2 F4160 33 / 38 V2 - V\ = £ , V2 = g- , Pl 11 1 G 02 Í>1 J S*o — »Si 1 1 + Si G So < »Si S*i — 5*2 1 ^2 1 G pouze když G —> oo => 5*2 = 5i □ g> F4160 34 / 38 Vliv netěsností • skutečné netěsnosti (netěsné spoje, dirky, vady materiálů,...) dv I N = V— = GNiPatm — Pl) ~ GNPatm • zdánlivé netěsnosti (desorpce plynů z povrchu), se vzrůstajícím tlakem se desorpce zmenšuje a je nulová při rovnováze dané tlakem a teplotou F4160 35 / 38 Vliv netěsností □ S1 F4160 36 / 38 Mezní tlak Při čerpání, objemová rychlost S < 0 by mělo po nekonečně dlouhé době platit, že p = po = 0 P a. Ve skutečnosti vždy platí Po > 0 (netěsnosti, zdroje plynu, ... ). / Po = N P = Po +pxev □ S1 F4160 37 / 38 F4160 38 / 38