Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Лекция №1

Исторический экскурс

Вакуумная техника – это наука, которая имеет дело с физическими и химическими процессами в газах при давлениях ниже атмосферного. Она имеет дело как с самими процессами в сосудах при низких давлениях ( в технологических камерах оборудования, камерах исследовательских установок и т.п) так и с задачами измерений при этих процессах.

В Средние века церковь запрещала все исследования связанные с пустотой, т.к провозглашала это понятие священным. В 1211 году Уставом Парижского Собора заниматься “пустотой” было разрешено только теологам. Натурфилософы не имели такого права. Одним из главных постулатов теологии был: “Природа боится Пустоты”.

В 1640 году итальянский ученый Галилео Галилей, занятый в то время проектированием и строительством колодцев во Флоренции определил “Силу боязни Пустоты” и показал, что она составляет 10 метров водяного столба или 1 кг на см².

В 1643 году Эвангиелисто Торичелли, ученик Галилея измерил эту силу, используя стеклянную трубку, запаянную с одного конца, и показал , что эта сила уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм. Пустое пространство под поверхностью ртути было названо “Торригеллева пустота”, т.к считали его абсолютно пустым. Сейчас мы знаем , что это пространство заполнено парами ртути с давлением около мм. рт.ст (или Па). Позже единица давления в

1 мм.рт.ст была названа тором в честь Торичели.

В 1648 году Блез Паскаль открыл, что “Сила боязни Пустоты” была ничем иным, как атмосферным давлением. Сначала он повторил опыты Торичелли с трубкой и ртутью. Затем он попросил своего свояка Флорена Перье повторить этот эксперимент сначала у подножья горы Пюи де Дом, а затем на вершине. Эксперимент был проведен в присутствии горожан города Клермона 16 сентября 1648 года и показал разницу уровней столба ртути 82,5 мм для высоты 1,5 км. Паскаль был первым, кто доказал, что атмосферные газы создают давление. В честь этого открытия современная единица давления названа Паскалем (1 Па = 0.0076 тор).

В 1650 году Отто фон Герике, мэр города Магдебурга, сконструировавший первый воздушный насос с водяным уплотнением , осуществил свои знаменитые эксперименты с “Магдебургскими полушариями”.

В 1825 году Жан Батист Дюма, французский химик получил низкое давление путем конденсации паров воды в закрытом объеме .В 1835 году Роберт Бунзен, немецкий химик, получил вакуум с использованием струи жидкости, но все эти изобретения не использовались на практике, т. к в них не было технической потребности.

Только изобретение в 1873 году электрической лампы накаливания русским инженером А. Лодыгиным явилось первым практическим толчком для развития вакуумной техники.

В 1883 году американский инженер Томас Эдисон изобрел первую приемно-усилительную лампу, использующая принцип термоэмиссии.

В 1887 году русские ученые А. Столетов и Г. Герц открыли явление фотоэлектронной эмиссии. Эти три выдающиеся технические открытия заложили техническую и экономическую основу для бурного развития вакуумных технологий.

В 1874 году шотландец Мак Леод изобрел компрессионный манометр, а итальянец Пирани – манометр сопротивления, позволяющие измерять давления в низком и среднем вакууме.

В 1884 году итальянский инженер Малиньяни впервые использовал сорбент (фосфор) для улучшения вакуума в электрической лампе.

В 1904 году француз Дюар впервые использовал активированный уголь, охлажденный жидким азотом для сорбции (откачки) газов.

В 1906 году немецкий инженер Геде изобрел вращательный ртутный, а затем вращательный масляный насосы. Пять лет позже он изобрел молекулярный (вращательный ) насос.

В период с 1914 по 1916 гг парортутный диффузионный насос был практически одновременно изобретен в трех странах, разделенных границами Первой Мировой войны: в России – профессор Боровиком, в Германии – Геде, во Франции – Ленгмюром.

В 1916 году американский ученый Бакли изобрел ионизационный манометр. В 1928 году Берч изобрел паромасляный диффузионный насос, в котором ртуть была заменена маслом.

Фундаментальные основы вакуумной техники были созданы в начале ХХ века теоретическими работами Дешмана (Америка), Ленгмюра (Франция), Кэмпбелла (Англия), Кнудсена (Голландия), а также русскими учеными – академиком Иоффе и профессором Богуславским.

В России производство электронных ламп было основано в 1914 году Бонч- Бруевичем в Нижнем Новгороде, с 1919 году создано производство в Петербурге (завод “ Светлана”), а с 1921 года начал работать Электроламповый завод в Москве.

Запомним единицы измерения давления (вакуума):

1. Международная единица - 1 Па (Паскаль)

1 Па =1 Н*м ^–2 = 1 кг* м * с^-2 * м^-2

1. Внесистемная единица – 1 Тор

1 Тор = 1мм .рт. столба = 0,001 м 13590 кг*м^-3 *1 м ² 9,8 м * с ^–2 1 м^-2=133,3 Н*м^-2

1 Тор = 133,3 Па

1 Па = 0,0076 тор

Лекция №2

Кинетическая теория газов

Кинетическая теория газов основана на следующих фундаментальных постулатах:

• материя ( в том числе газ) состоит из молекул одинаковых по размеру, массе, форме (для данной химической субстанции);

• молекулы газа находятся в постоянном движении, объясняемом наличием определенной температуры газа (температура газа – количественный показатель движения молекул);

• распределение молекул по скоростям является стабильным для данной температуры;

• газ является веществом изотропным;

• давление газа на стенки сосуда есть результат удара молекул газа об эту стенку.

Рассмотрим процесс удара молекулы о стенку. Предположим, что молекулы с массой m приближается к стенке со скоростью V . Молекула ударяется о единичную площадку с площадью S и затем летит обратно со скоростью -V. Изменение скорости при ударе (рис. 1) состоит:

ΔV = V- (-V) = 2V

Рис.1

Изменение количества движения при ударе молекулы

F₁ ·Δt = m·ΔV = m2V,

где F₁ – сила удара молекулы;

Δt – время удара.

Откуда, F₁ = 2mV/ Δt

Давление, отнесенное к единицы площади S, как результат удара одной молекулы может быть выражено:

Общее давление на единицу площади S всех молекул, достигающих стенки за время удара Δt (рис.2), может быть записано:

где n_t -количество молекул достигших стенки за время Δt .

Рис.2

При этом за время удара путь молекулы вдоль оси х равен Vx ·Δt . Обозначим символом n_t количество молекул движущихся вдоль оси х и удоряющихся о площадку S. Эти молекулы заключены в объем цилиндра равного Vx ·Δt ·S.

Тогда ,

где n – концентрация молекул газа, м ^-3

Откуда ,

Числитель формул разделен на 2, поскольку только половина молекул, находящихся в рассматриваемом объеме движется к рассматриваемой стенке ( или имеет проекцию вектора скорости, направленную к стенке).Числитель формул разделен также на 3, поскольку вектора молекул ориентированы в пространстве произвольно ( изотропно) относительно трех ортогональных осей координат.

Окончательно: или ,

где - кинетическая энергия молекулы.

Давление можно также выразить как: ,

где - плотность газа.

Последнее уравнение известно ,как закон Бойля. Известно, что после смешения двух различных газов с одинаковой температурой не происходит изменение температуры смеси. Следовательно средняя кинетическая энергия различных молекул одинакова.

Тогда,

где Т – абсолютная температура, К.

k - постоянная Больцмана k = 1,37*10^-23Дж/град.

Можно записать давление как , при этом ; ,

Тогда, :

, ,

где - вес газа..

Откуда получаем:

- закон Шарля

- закон Гей -Люссака

- уравнение Клапейрона - Менделеева

где N_A = 6.023*10²³ моль^-1 – число Авогадро.

Закон Авогадро гласит, что любой идеальный газ ,массой равной молекулярному весу в граммах, при 0 ⁰С и давлении, занимает объем 22414,6 см³.

Из уравнения Клапейрона – Менделеева следует, что количество газа (пропорциональное весу G) можно определять в ’’PV’’ [м³*Па]единицах. Либо вес газ (при комнатной температуре) можно определить по формуле:

[кг],

где P – давление газа, Па

V – объем, м³

M – молекулярный вес, кг/моль.

Закон Шарля можно также записать:

Соответственно закон Гей- Люссака выглядит так:

где и - температурные коэффициенты изменения объема и давления,

соответственно .

Молекулярную концентрацию газа (при комнатной температуре) можно рассчитать по формуле: моль/м³.

Лекция №3

Скорости молекул

Распределение молекул по скоростям

Максвелла-Больцмана

В 1859г Максвелл и в 1877г Больцман показали, что можно описать распределение молекул по скоростям при данной температуре.

Вспомним основные фундаментальные положения молекулярно-кинетической теории газов:

• газ является изотропной средой , т.е. его свойства по всем направлением одинаковы;

• при любой заданной температуре всегда имеется одна и та же доля молекул с данными скоростями;

• температура газа есть проявление скорости движения молекул:

где k - постоянная Больцмана.

Произвольно ориентированные скорости движения молекул могут быть определены выражением: V² = ,

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций