содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..

ПОВЕДЕНИЕ ГАЗА В УСЛОВИЯХ НИЗКОГО И ВЫСОКОГО ВАКУУМА

Рассмотрим поведение газов в условиях низкого и высокого вакуума на примере следующих процессов: теплового движения молекул газа, взаимной диффузии газов и скорости испарения вещества.

Тепловое движение молекул газа

В условиях низкого вакуума число молекул газа в единице объема велико и путь молекулы при тепловом движении представляет собой ломаную пространственную кривую вследствие большого количества столкновений с другими молекулами. При взаимном столкновении молекулы изменяют скорости н направления движения по закону упругого соударения. .Молекулы газа, ударившись о стенку сосуда, адсорбируются на ней и удерживаются там как бы в сконденсированном состоянии.

Адсорбция — это процесс поглощения газов или паров поверхностью твердого тела с образованием на ней пленки толщиной в одну или несколько молекул Наибольшей адсорбционной способностью обладают пористые тела, так как они имеют большею площадь поверхности. Адсорбционная способность зависит также от вида вещества. Адсорбированные молекулы газа непрерывно испаряются со стенки сосуда, но вследствие малой длины свободного пробега к сразу сталкиваются с другими молекулами газа, причем молекулы, получившие в результате столкновения направления на стенку, вновь адсорбируются.

Таким образом, в условиях низкого вакуума на стенках сосуда непрерывно поддерживается слон адсорбированных молекул газа.

Число молекул газа в единице обьема в условиях высокого вакуума значительно меньше, чем при низком вакууме, и путь молекулы при тепловом движении представляет собой прямую линию, так как взаимные столкновения между молекулами практически отсутствуют. В результате этого часть стенки сосуда может быть свободна от слоя адсорбированных молекул газа.

При столкновении со стенкой сосуда молекула газа удерживается на ней некоторое время, а затем отлетает в случайном направлении, подчиняясь закону диффузионного отражения.

Взаимная диффузия газов

Взаимной диффузией называется явление проникновения одного газа в другой при их соприкосновении. Если поместить в сосуд с непроницаемой перегородкой два различных газа (например, азот и водород), а затем убрать перегородку, то вследствие теплового движения молекулы этих газов будут проникать друг в друга, образуя смесь с одинаковой концентрацией молекул обоих газов во всем объеме сосуда.

Скорость процесса диффузии зависит от давления и температуры газа в сосуде, а также от природы газа. Наибольшей скоростью диффузии при прочих равных условиях обладают легкие газы (водород, гелий и т. п.). Высокая скорость диффузии гелия используется при контроле герметичности изделий с помощью различных типов 1еченскателей.

В условиях низкого вакуума взаимная диффузия га зов после удаления непроницаемой перегородки (рис. 19, а) будет происходить медленно из-за большого числа взаимных столкновений молекул.

Взаимная диффузия газов в условиях высокого вакуума происходит практически мгновенно после удаления непроницаемой перегородки, так как взаимные столкновения молекул практически отсутствуют (рис. 19, б). В объеме сосуда эти газы ведут себя независимо друг от друга.

На явлении взаимной диффузии газов в условиях высокого вакуума основана работа диффузионных вакуумных насосов, в которых молекулы газа из откачиваемого объекта диффундируют в струю пара рабочей жидкости.

Скорость испарения вещества

Скорость испарения источника пара в сосуде и поток молекул (или атомов) пара зависят от состояния разреженного газа в этом сосуде.

Средняя длина свободного пути молекул газа X в условиях низкого вакуума мала, и путь молекулы пара представляет собой сложную пространственную кривую. Любая молекула пара может сконденсироваться в любом месте стенки сосуда или экрана. Скорость испарения источника пара при этом мала (рис. 20, а).

В условиях высокого вакуума путь молекулы пара представляет собой прямою линию, так как столкновения молекул пара с молекулами газа практически отсутствуют (рис. 20, б). Присутствие экрана в сосуде диаметром d дает молекулярную тень (участок стенки сосуда, не покрытый сконденсированными молекулами пара). Скорость испарения при данной температуре источника пара максимальна. На принципе испарения вещества в условиях высокого вакуума основан способ нанесения металлических и неметаллических пленок на поверхности.
 

содержание   ..  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  ..