Technika wysokiej pr ni
Download
1 / 29

Technika wysokiej próżni - PowerPoint PPT Presentation


  • 188 Views
  • Uploaded on

Technika wysokiej próżni. Podstawowe procesy fizyczne związane z technologią próżni. Piotr Legutko. Plan prezentacji. podstawowe pojęcia przemiany gazu doskonałego zarys teorii kinetycznej gazów oddziaływanie cząsteczek gazu z powierzchnią gaz w ciele stałym. ciśnienie gazu.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Technika wysokiej próżni' - job


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
Technika wysokiej pr ni

Technika wysokiej próżni

Podstawowe procesy fizyczne związane z technologią próżni

Piotr Legutko


Plan prezentacji
Plan prezentacji

  • podstawowe pojęcia

  • przemiany gazu doskonałego

  • zarys teorii kinetycznej gazów

  • oddziaływanie cząsteczek gazu z powierzchnią

  • gaz w ciele stałym


Podstawowe poj cia

ciśnienie gazu

zasady termodynamiki

temperatura gazu

Podstawowe pojęcia


Pr nia w liczbach
Próżnia w liczbach

  • Jednostki

    • 1 mbar = 100 Pa

    • 1 Torr = 131,6 Pa = 1 mm Hg

    • 1 mbar = 0,76 Torr

  • Zakresy próżni

    • Niska 105 – 102 Pa

    • Średnia 102 – 10-1 Pa

    • Wysoka 10-1 – 10-6 Pa

    • Bardzo wysoka (UHV) 10-6 – 10-10 Pa

    • Ekstremalnie wysoka (XHV) poniżej 10-10 Pa

  • Rekord próżni

    • 1,3·10-11 Pa


Przemiany gazu doskona ego

Przemiana izotermiczna

Przemiana izochoryczna

Przemiana izobaryczna

Przemiana adiabatyczna

Przemiany gazu doskonałego


Ilo gazu

Liczba Avogadro

Koncentracja (gęstość liczbowa)

Ilość gazu


R wnania stanu gazu

Równanie stanu gazu doskonałego

(Równanie Clapeyrona)

Równanie stanu gazu rzeczywistego

Równania stanu gazu


Parowanie
Parowanie

Równanie Clausiusa - Clapeyrona


Zarys teorii kinetycznej gaz w
Zarys teorii kinetycznej gazów

  • gaz jest złożony z niezmiernie małych atomów i/lub cząsteczek

  • cząsteczki te są w nieustannym ruchu

  • energia wewnętrzna gazu jest energią kinetyczną wszystkich rodzajów ruchów wszystkich jego cząsteczek

Założenia


Zarys teorii kinetycznej gaz w1
Zarys teorii kinetycznej gazów

Rokład Maxwella-Boltzmanna


Zarys teorii kinetycznej gaz w2
Zarys teorii kinetycznej gazów

Ciśnienie

gdzie:

n – gęstość liczbowa

k – stała Boltzmanna

T – temperatura


Zarys teorii kinetycznej gaz w3
Zarys teorii kinetycznej gazów

Strumień gazu

gdzie:

p – ciśnienie

m – masa

k – stała Boltzmanna

T – temperatura


Zarys teorii kinetycznej gaz w4
Zarys teorii kinetycznej gazów

Średnia energia kinetyczna

gdzie:

k – stała Boltzmanna

T – temperatura


Zarys teorii kinetycznej gaz w5
Zarys teorii kinetycznej gazów

Średnia prędkość

gdzie:

k – stała Boltzmanna

T – temperatura

m – masa


Zarys teorii kinetycznej gaz w6
Zarys teorii kinetycznej gazów

Częstość zderzeń

gdzie:

d – średnica efektywna

k – stała Boltzmanna

T – temperatura

m – masa

n – gęstość liczbowa


Zarys teorii kinetycznej gaz w7
Zarys teorii kinetycznej gazów

Średnia droga swobodna

gdzie:

n – gęstość liczbowa

d – średnica efektywna


Zarys teorii kinetycznej gaz w8
Zarys teorii kinetycznej gazów

Wartości n, l, J dla różnych p na przykładzie N2 w 295K


Oddzia ywanie cz steczek gazu z powierzchni
Oddziaływanie cząsteczek gazu z powierzchnią

  • elektrostatycznych

  • indukcyjnych

  • dyspersyjnych

Cząsteczka znajdująca się w pobliżu powierzchni jest pod wpływem pola sił:

Powodują one przyciąganie cząsteczki


Oddzia ywanie cz steczek gazu z powierzchni1
Oddziaływanie cząsteczek gazu z powierzchnią

... ale w miarę zbliżania zaczynają działać siły odpychania...


Oddzia ywanie cz steczek gazu z powierzchni2

E

odpychanie

r

przyciąganie

Oddziaływanie cząsteczek gazu z powierzchnią

Potencjał Lenarda-Jonesa:


Oddzia ywanie cz steczek gazu z powierzchni3

Chemisorpcja

Fizysorpcja

Oddziaływanie cząsteczek gazu z powierzchnią

Adsorpcja


Oddzia ywanie cz steczek gazu z powierzchni4

Epot

EDYS

D (A---A)

Eads

Qchem.

r

Qfiz

Fizysorpcja cząsteczkowego wodoru

2A

Chemisorpcja atomowego wodoru

Oddziaływanie cząsteczek gazu z powierzchnią


Oddzia ywanie cz steczek gazu z powierzchni5
Oddziaływanie cząsteczek gazu z powierzchnią

  • Wzrost stopnia wysycenia powierzchni

    • adsorpcja

    • dyfuzja z wnętrza ciała stałego na powierzchnię

  • Spadek stopnia wysycenia powierzchni

    • desorpcja

  • Czas życia w stanie zaadsorbowanym (wzór Frenkla)

T = 295K

τ0 – odpowiada okresowi drgań sieci atomów ciała stałego (10-13 s)

Ts – temperatura powierzchni

Ed – energia desorpcji


Oddzia ywanie cz steczek gazu z powierzchni6
Oddziaływanie cząsteczek gazu z powierzchnią

  • Czas życia w stanie zaadsorbowanym można zmniejszyć poprzez wygrzewanie

    • 150 - 300ºC, kilka godzin - dni

  • Ustalanie równowagi adsorpcyjnej

    • energia sorpcji, temperatura

    • stopień wysycenia powierzchni

  • Wielowarstwowa adsorpcja

    • siła wiązania kolejnych warstw jest z reguły słabsza niż pierwszej

    • może prowadzić do kondensacji


Gaz w ciele sta ym
Gaz w ciele stałym

Rozpuszczanie gazu w ciele stałym

Prawo Henry’ego

gdzie:

Eaktr – energia aktywacji procesu rozpuszczania

Tcs – temperatura ciała stałego

R – uniwersalna stała gazowa

gdzie:

k – liczba atomów w cząsteczce gazu

p – ciśnienie gazu otaczającego ciało stałe

r – stała procesu zwana rozpuszczalnością


Gaz w ciele sta ym1
Gaz w ciele stałym

Dyfuzja gazu

I prawo Ficka

gdzie:

D – współczynnik dyfuzji

dn/dx – gradient koncentracji gazu w ciele stałym

φD – gęstość strumienia dyfundujących cząsteczek gazu

gdzie:

Eaktywdyf – energia aktywacji dyfuzji

Tcs – temperatura ciała stałego

R – uniwersalna stała gazowa


Gaz w ciele sta ym2

gradient ciśnienia

gradient ciśnienia

Ciało stałe

Gaz w ciele stałym

Ciśnienie atmosferyczne

Próżnia


Gaz w ciele sta ym3
Gaz w ciele stałym

Rozpuszczanie gazu w ciele stałym

Dyfuzja gazu w głąb ciała stałego

Przenikanie gazu przez ściany komory próżniowej

Poważne utrudnienie w otrzymywaniu wysokich próżni



ad