Lektsia3 (1074284)

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

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНАТитулКурс лекций:ФИЗИКА ВАКУУМАМихайлов Валерий ПавловичЛекция № 3Явления переносаЯвления переноса возникают в случае неоднородногораспределенияпообъёмуконцентрациипримесигаза(другогоколичествагаза),движения,температуры(кинетической энергии). Движущиеся молекулы газа переносятмассу и энергию из одной части объёма в другую, тем самымвыравнивая распределение данных величин по объёму.К явлениям переноса относят: вязкость (внутреннеетрение), диффузию и теплопроводность.Вязкость газаЯвление внутреннеговзаимодействии слоёв текущего газа.трениязаключаетсявоВязкость для низкого вакуума (λ<< d). Еслимежду слоями возникает изменение скорости (градиент) dv/dx, то,возникает сила трения:гдеη(динамическаяs–коэффициентвязкость), Па·с,внутреннеготрения– площадь поверхности, (где действует сила F),параллельной скорости движения потока.Схема к определению вязкости в низком вакуумеS – условно выделенная поверхность, параллельная скоростидвижения потока;u(x) – скорость движения слоя газа;– средняя длина свободного пробега молекул газа.После ряда преобразованийзначение выражения для силы F:получаемследующееС учётом значений средней арифметической скорости идлины свободного пробега:получаем выражение для коэффициента динамическойвязкости:Из выражения следует, что в низком вакууме вязкостьне зависит от давления.При высоком вакууме(λ >> d)нет взаимныхсоударений молекул, поэтому нельзя говорить о трении слоёвгаза.

Если рассмотреть две пластины, неподвижную идвижущуюся параллельно ей со скоростьюvн,то силавзаимодействия пластин (увеличение первой и торможениевторой) равна:где ηм – коэффициент молекулярного трения.Коэффициент молекулярного трения ηм :Следовательно, при высоком вакууме коэффициентмолекулярного трения возрастает с увеличением давления(P=nkT), что используют при измерении вакуума.ДиффузияДиффузия - процесс перемещения молекулярной массыв пространстве из одной точки в другую для выравниванияконцентраций газа.Рассмотрим смесь газов из двух компонентов сконцентрацией и молекулярной массой, соответственно, n1, m1и n2,m2.Температура газа постоянна Т=const, полное давлениеР = Р1 + Р2 = const и концентрация газа n = n1 + n2 = const.Кривые изменения концентраций газовдвухкомпонентной смесиМ1, М2 – массы газовых потоков через единичную площадку S.В соответствии с 1-м законом Фика:dn1m1M 1   D12S;dxdn2 m2M 2   D21S;dxD12, D21– коэффициенты диффузии соответственнопервого компонента смеси во второй и второго в первый, м2/с .Уравнения можно записать в виде:dn1N1   D12S;dxdn2N 2   D21S;dxN1, N2 – число молекул, переносимых через поверхностьS в единицу времени соответственно справа налево и слеванаправо .Так как полное давление Р в любом сечении постоянно, т.е.dn dn1 dn2 0,dx dx dxТо через поверхность S в обоих направлениях проходитодинаковое число молекул.ТеплопроводностьРассмотримповерхностьпроцессплощадьюs.переносаКаждаятеплотымолекулачерезпереноситнекоторую энергию, определяемую температурой в местепоследнего столкновения.

Вероятность последнего соударениямолекул на расстоянии x от поверхности определяется среднейдлиной свободного пробега молекулы λ.Схема к определению теплопроводностив низком вакуумеТ1, Т2 – температура газа в плоскостях х-λ и х+λ.Энергию E1 молекул, пролетающих через площадь s вположительном направлении x, можно считать равной среднейэнергии, соответствующей температуре T1 в плоскости x–λ.СоответственноэнергиюE2молекул,пролетающихвпротивоположном направлении, можно считать равной среднейэнергии, соответствующей температуре T2 в плоскости x+λ.Числомолекул,пролетающихчерезповерхностьплощадью s в единицу времени в обоих направлениях, можноопределить, считая, что все молекулы газа движутся в трёхвзаимно перпендикулярных направлениях:Разность количеств энергии, переносимых молекулами содной стороны единичной площадки на другую, определяеттепловой поток через площадку в единицу времени:С другой стороны тепловой поток определяется закономФурье, показывающим количество теплоты, передаваемое черезединичную площадку s при градиенте температур dT/dx:где χ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К).После преобразований получается следующее выражение длякоэффициента теплопроводности:гдеρ – плотность газа;cV – удельная теплоёмкость газа.Выражение справедливо только в случае, когда длинасвободного пробега намного меньше характерного размера,т.е.

в низком вакууме. Из последнего выражения также следует,что теплопроводность не зависит от давления в низкомвакууме.Схема к определению теплопроводности в высоком вакуумеЕсли вакуум высокий, и длина свободного пробегасоизмерима либо превышает характерный размер (λ>>d), тотеплоперенос осуществляется молекулами газа непосредственноот одной поверхности с температурой T1 к поверхности стемпературой T2 независимо от значения λ.Следовательно, теплопроводность в высоком вакуумепропорциональна давлению.Поток газа и проводимостьДля начала следует ввести такое понятие, как поток газа:или, используя выражениегде:p=nkT:dN/dt – число молекул, прошедшее сквозь сечение заединицу времени;T – абсолютная температура.Трубопровод с перепадом давлений (p1 > p2)Проводимость (пропускная способность трубопровода) коэффициент пропорциональности, связывающий поток газа иразность давлений на концах трубопровода:Следуя аналогии с электротехникой можно ввести величину,обратную проводимости – сопротивление:Если трубопроводы с различной проводимостью соединеныпоследовательно, то их сопротивления складываются, если жепараллельно – то складываются их проводимости.Режимы течения газаДля разграничения турбулентного и ламинарного режимаиспользуют число Рейнольдса:гдеvг – средняя по расходу скорость газа;d – характерный размер сечения трубопровода;ρ – плотность газа;η – коэффициент вязкости.Критическим значением числа Рейнольдса, выше которогорежим течения газа турбулентный, принято считать: Reкр.

= 2200.Устойчивое ламинарное течение имеет место при значении числаРейнольдса Re <1200.В промежуточной области могут существовать как турбулентный,так и вязкостный режим течения.Критерием молекулярного и молекулярно-вязкостного режимовтечения газа является число Кнудсена Kn:.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций