真空技術におけるいくつかの重要な概念

- Jun 15, 2019-

真空技術におけるいくつかの重要な概念

 

1気圧では、空気の分子密度n = 2.7 × 10 19 / cm 3である。
空気は、相対分子量がガスの分子に比例するガスの混合物です。 窒素の相対分子量は28.016、体積比は78.1%であった。 酸素の相対分子量は32であり、体積比は20.93%である。 アルゴンの相対分子量は39.944、体積比は0.933%である。
平均相対分子量=(32×28.016×78.1 + 20.93 + 39.944×0.933)/(78.1 + 20.93 + 0.933)= 28.96。
気体の運動論によると、圧力は次のように計算されます。
P = nkT

 

国際標準単位(圧力Pa、体積m 3)では、ボルツマン定数kは1.38 × 10-23 J / kです。
ガス分子の密度はゼロ
N = p /(kT)(1-4)
圧力1Pa、温度27℃で気体分子の密度はn
N = 1 /(1.38 x 10-23 x + 27)(273)= 2.4 x 1020 / m 3
したがって、10 -9 Paの真空でさえも、1立方メートルの空間当たり10 11ガス分子がある。

 

1.ガス分子の平均自由行程

ガスは多数の分子で構成されています。 0 の大気中で、 22.4Lの空間に 1モル(6.02 ×10 23 分子)がある。 これらの分子は室温で500〜1,500 m / sで移動し、他の分子と衝突し、方向と速度を変えてから他の分子と衝突します。 2つの衝突間の距離は平均自由行程と呼ばれます。
 
平均自由行程   λ[m]、圧力p [Pa]、温度T [K]、および分子径D [m]
ラムダ= 3.11 x 10 to 24 T / pD 2(1-5)

したがって、気体分子の平均自由行程は圧力に反比例し、温度に正比例し、そして分子直径の二乗に反比例する。
25℃の空気の圧力と分子平均自由行程の実際のデータは、1Paが7mm、10-1Paが7cm、10-2paが70cm、10-3Paが7m、そして10-4Paが70m 真空をより直感的に感じるようにこれらの数字を覚えておいてください。

 

2.ガス分子の入射頻度

単位時間および面積あたりに固体表面に衝突するガス分子の数は、入射周波数と呼ばれます。 入射周波数rと圧力p [Pa]、ガスの相対分子量Mr、温度T [K]の関係は、
R = 2.6×10 −24 p /(MrT)1/2 [m 2・s](1−6)

単位時間および面積あたりに固体表面に衝突するガス分子の数は、入射周波数と呼ばれます。 入射周波数rと圧力p [Pa]、ガスの相対分子量Mr、温度T [K]の関係は、
R = 2.6×10 −24 p /(MrT)1/2 [m 2・s](1−6)

 

気体分子の平均自由行程が容器のサイズと同じかそれより長い場合、気体分子間よりも気体分子と壁との間の衝突が多くなる。 この状態を分子流といいます(図1.3(a))。 平均自由行程が短ければ、気体分子間の衝突数は、気体分子と容器の壁との間の衝突数よりも多い。 この状態を粘性流と呼びます(図1.3(b))。 粘性ガス分子がパイプラインから排出されるとき、中心軸の速度は最大であり、壁の近くの速度は徐々に減少する。


分子流または粘性流については、真空を得るために異なる種類の真空ポンプが選択され、これについては真空ポンプの節で詳細に説明する。

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イチジク。 1.3分子流と粘性流の模式図

真空中での熱伝導

熱伝導は、空間内の2箇所に温度差があると発生します。 粘性流の場合、圧力が変化すると、熱伝達の分子密度および分子の平均自由行程も変化する。 平均自由行程と分子密度は熱伝導に反対の影響を与えるので、熱伝導に対する気体の寄与は粘性流に対しては無視できる。
分子流の場合、気体分子の平均自由行程が真空の両側の間の間隔よりも長いと、熱エネルギーを得ている気体分子は直接真空を通って反対側に移動する。 そのため、ガスの分子を通して伝達される熱量は、ガスの分子密度に関係しています。 気体の分子密度は圧力に比例するため、分子によって伝達される熱は圧力に比例します。 しかしながら、分子流中の分子密度は非常に低く、実際の熱伝達は無視できるほど小さい。
真空環境では、分子流動状態の熱伝導は主に放射です。 真空容器内で成長する薄膜の品質を改善するために、基板は通常加熱され、これは主に熱放射によって達成される。

IKS PVD、真空コーティング機、連絡先:iks.pvd@foxmail.com

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