真空技术学习教案

1、会计学1真空技术真空技术第一页，共42页。空间(kngjin)现象分子运动论范畴固-气界面现象表面物理学范畴第1页/共42页第二页，共42页。第2页/共42页第三页，共42页。第3页/共42页第四页，共42页。第4页/共42页第五页，共42页。第5页/共42页第六页，共42页。第6页/共42页第七页，共42页。与液体处于平衡状态的蒸汽，其压强称为饱和(boh)蒸汽压。对于一定物质饱和(boh)蒸汽压只取决于温度第7页/共42页第八页，共42页。第8页/共42页第九页，共42页。231vmnP 上述压强(yqing)公式还可以根据能量均分原理改变为另一个形式。能量均分原理的内容是：在粒子数很多且

2、已经达到热平衡时，粒子在每一个自由度上的能量平均值为1/2KT。根据此原理，在粒子可以被视为质点的情况，它们只有三个自由度，各个自由度的平均能量为:第9页/共42页第十页，共42页。道尔顿分压定律在以分子间相互碰撞为主的低真空和分子与器壁碰撞为主的高真空情况下都成立。若将分子看成是质点，则它们只有移动动能，根据(gnj)能量均分原则，每一质点的平均动能为结论：当气体达到热平衡时，各种成份的分子平均动能都相等质量大的分子速率小，质量小的分子速率大。此结论在真空中有重要意义，例如(lr)气体扩散第10页/共42页第十一页，共42页。第11页/共42页第十二页，共42页。 由于分子速率在0 之间分布

3、，在其上概率(gil)为上式称为归一化条件第12页/共42页第十三页，共42页。麦克斯韦(mi k s wi)求出 f (v) 分布在速率(sl)区间vv+dv内的分子数N为 第13页/共42页第十四页，共42页。三种(sn zhn)代表性速率最可几速率 气体分子平均(pngjn)速率 气体(qt)方均根速率 第14页/共42页第十五页，共42页。分子速率与气体种类（通过m）有关，这个事实导致“选择作用”的出现凡与热运动速率有关的现象，其结果对各种气体是不相同的。依据扩散原理进行抽气的扩散泵，对H2的抽气速率就比N2、CO2等的抽速为大，因为前者的平均速率高；混合气体通过一个管道时亦发生“选择

4、作用”各个(gg)成份通过的快慢不一样，如U235和U238就是利用此现象进行分离的。下表给出一些气体分子平均速率（温度为15oC时）。可见(kjin)大多数气体分子的平均速率都比声速（约340米/秒）为快。第15页/共42页第十六页，共42页。l 为了解释巨大的分子速率与缓慢的扩散过程之间的矛盾，克劳修斯于1898年引进气体分子自由程的概念。l 在气体中，一个(y )分子从一次碰撞到另一次碰撞之间的路程称为分子平均自由程。l 分子间的碰撞纯属于随机过程，自由程将有短有长，差异很大。设想跟踪某一个分子的大量自由程，则可期望得到其长度有一定平均值，这个平均值称为平均自由程长度第16页/共42页第

5、十七页，共42页。分子(fnz)相互碰撞次数简图vn2d则平均(pngjn)自由程为如果考虑其他分子在运动，以及分子速率分布，可严格计算出这两个参量就特定气体而言就特定气体而言，温度温度T T一定时一定时依据依据P=n K T，平均自由程可写为平均自由程可写为第17页/共42页第十八页，共42页。 分子自由程 与容器尺寸d的比值 称为克鲁曾系数。它是气体中现象性质的一个(y )很好判据。 混合气体中分子(fnz)平均自由程第18页/共42页第十九页，共42页。（2）电子的有效(yuxio)直径远小于与分子的有效(yuxio)直径；它们的运动速率高，因此同样可将分子视为静止的。 则电子平均自由程

6、为第19页/共42页第二十页，共42页。第20页/共42页第二十一页，共42页。分子相互间的引力导致分子飞行路程弯曲(wnq)，使其更易“碰撞”，则意味着其有效直径增大。温度愈低，分子动能愈低，引力的效应就愈明显，有效直径亦增大。第21页/共42页第二十二页，共42页。第22页/共42页第二十三页，共42页。第23页/共42页第二十四页，共42页。N0个分子飞行 x 路程(lchng)，未遭受碰撞的个数为分子自由程长度(chngd)分布律这就是自由程长度处在xx + dx间的分子数。上式规律不仅适用分子，同样也适用离子、电子在真空技术中，绝大多数都是自由程平均值长于电极间距真空技术中，绝大多数

7、都是自由程平均值长于电极间距d d。于是。于是似乎电子或离子都将毫无例外地从一个电极飞到另一个电极，实际上似乎电子或离子都将毫无例外地从一个电极飞到另一个电极，实际上这个结论是不符合实际情况的。这个结论是不符合实际情况的。第24页/共42页第二十五页，共42页。引起电离的碰撞数与总碰撞数之比称为引起电离的碰撞数与总碰撞数之比称为(chn wi)电离几率电离几率第25页/共42页第二十六页，共42页。第26页/共42页第二十七页，共42页。 气体分子单位(dnwi)时间入射到单位(dnwi)面积上的分子数与分子数密度 n 成正比，与气体热运动平均速率 v成正比。 第27页/共42页第二十八页，共

8、42页。vnvvfnvxxx41d )(0余弦定律基于“吸附(xf)层”假设：凡碰撞于容器表面的分子都将被表面暂时吸附(xf)，在表面滞留一段时间以后再重新 “蒸发”出来。该假设已被试验所证实。 固体表面对碰撞分子的漫反射，使得反射出来气体分子的运动方向与入射时的运动方向无关，这与气体分子间的碰撞情况相似。第28页/共42页第二十九页，共42页。第29页/共42页第三十页，共42页。高压高压(goy)强，克努曾系强，克努曾系数较小时数较小时气体(qt)内摩擦现象气体热传导现象气体扩散现象分子粘滞性低压气体热传导热流逸现象热辐射计力现象非平衡过程低压强，克努曾系低压强，克努曾系数较大时数较大时第

9、30页/共42页第三十一页，共42页。vnvvfnvxxx41d )(0n第31页/共42页第三十二页，共42页。n流动的气体，当其中存在速度梯度时，相邻流动层之间的气体分子在粘滞摩擦力（内摩擦力）的作用下形成宏观流动，流层间的内摩擦力为第32页/共42页第三十三页，共42页。在内摩擦现象中，分子输运(sh yn)的物理量就是它们的叠加有向动量，输运(sh yn)方程中的g就应该是g=m u (Z)第33页/共42页第三十四页，共42页。第34页/共42页第三十五页，共42页。第35页/共42页第三十六页，共42页。在气体分子运动论建立的初期(chq)，理论上得到了K、与气体压强无关的结论，曾引起不少惊讶。后来实验证实这些结论完全正确，从而肯定了自由程理论的成功第36页/共42页第三十七页，共42页。nn当单一成分气体内存在密度梯度时，密度大处的气体分子将自发地向密度小处迁移，单位时间通过单位面积迁移的分子数目与分子数密度梯度成正比，可以由费克第一(dy)定律表示：第37页/共42页第三十八页，共42页。单位时间内通过单位截面积的气体分子质量(zhling)迁移量为 扩散系数与气体种类(zhngli)有关，与气体温度、压力等因素