Lektsia6 (1074290)

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 № 6Растворимость и диффузия газов в твердых телах.Газопоглощение и газовыделение на границе“газ – твердое тело”••Растворимость - свойство газа растворяться донасыщения в определенном объеме твердого тела.Растворимость зависит от свойств газа и материала.В неметаллах газ растворяется в молекулярном состоянии иобъемная концентрация газа С пропорциональна давлениюp:С = S · p, где S - коэффициент растворимости.•В металлах молекулы газа сначала диссоциируют на атомы,а затем растворяются.

Поэтому для двухатомных газовобъемная концентрация газа C пропорциональна p1/2:C=S · p1/2.В общем случае С = S · p1/j, где j - число атомов вмолекуле газа при растворении газа в металле (законФрейндлиха).Коэффициент растворимости:QSS  S0 exp( )jRTгдеS0 - константа растворимости;j - число атомов в молекуле газа для металла j = 2, а длянеметалла j = 1;QS - энергия активации растворимости (занак “+” - длягазов, образующих с материалом химическиесоединения (H2 в Ti); знак “-” - для газов, образующихистинные растворы (H2 в Fe, Cu, Ni, газы в неметаллах).Диффузия газов в твердых телахГаз, растворенный в твердом теле, диффундирует изобласти с большей концентрацией в область с меньшейконцентрацией за счет явления диффузии.Стационарный процесс диффузии имеет место, когдаконцентрация газа С неизменна во времени в каждой точкетвердого тела (С(t) = const).

Этот процесс описывается 1-мзаконом Фика. Удельный поток газа через единичнуюплощадку:q   ( DC ),xгдеС - концентрация газа в точке на расстоянии Х отначала координат; D - коэффициент диффузии, м2/с.Если D не зависит от Х, то:Cq   D,xгдеCx- градиент концентрации газа в твердом теле.На основании 1-гозакона Фика получимвыражение для удельногопотокапроницаемостичерез стенку.Распределение объемной концентрации газа в тонкой стенкеУдельный поток проницаемости через тонкую стенку:Cатм  CвакCq   D D,xzгде Сатм - объемная концентрация газа в материале уповерхности, соприкасающейся с атмосферой;Свак - объемная концентрация газа в материале уповерхности, соприкасающейся с вакуумом;Z - толщина стенки.Перейдя от С к коэффициенту растворимости S получим:q   DS1/ jатмppz1/ jвак.Если pвак << pатм , то:q   DSp1/ jатмz.Коэффициент диффузии D определяется как:QDD  D0 exp(),jRTгде QD - энергия активации диффузии.Таким образом:q   Пp1/ jатмz.Здесь П - коэффициент проницаемостиQП( П  П 0 exp( )),jRTП0 - константа проницаемости( П0  D0 S'0 )QП - энергия активации проницаемости.QП = QD  QS ,где“+” – для химического соединения газа иматериала,“-” - для истинного раствора.Нестационарный процесс диффузии наблюдается приобезгаживании материала или, напротив, при поглощении имгаза и описывается 2-м законом Фика:C C (D)t xxили если D - не зависит от X:CCD 2tx2Приэтом,обычно,полубесконечное тело.рассматриваютплоскоеРаспределение концентрации в твердом теле дляразличных значений времени С=f(x,t)Толщинуобезгаженногослоя  можноопределить как:   Dt .a) газопоглощениеб) газовыделение(t1 < t2 < t3)Расчет времени откачки с учетом процессовсорбции- десорбцииПри низком давлении количество сорбированного газа(коэффициент покрытия θ≤1) выражается законом Генри:θ = b P,где b – коэффициент Генри, характеризующий емкостьсорбентапри данной температуре, Па –1.КоэффициентГенриопределяетсяследующимобразом, Па –1:bгдеN12 mkTα – коэффициент прилипания;τ – время адсорбции молекулы на поверхности;N1П - количество “мест” для сорбции на единице площадиповерхности;m - масса молекулы;T - температура сорбента.Принимаемначальныйкоэффициентзаполненияповерхности 0 = 1, коэффициент прилипания α = 0,5.Начальное давление Рнач.

, соответствующее 0 = 1, найдемиз закона Генри.Число молекул N1П рассчитывают, полагая что молекулыгаза покрывают поверхность тела с шагом, равным их диаметру.При этом получаются значения от 0,4·1019 до 2,5·1019 м-2 (табл. 1).ОбычноприN1П = 0,5·1019 м-2 .ориентировочныхрасчетахпринимаютТеоретические значения числа молекул в молекулярномслое газа NП1 на 1м2 поверхностиГазHeNeH2O2ArNCOCO2H2ON пов 1019 м22.421.721.520.870.850.810.810.530.53Количествогаза Q1·102на 1м2поверхностипри Т300Кв pVединицах,м·Па9,766,946,143,513,433,273,272,142,14Изменение давления в вакуумной камере при откачкеопределяется как:p  C1e  C2eS1tS2t, С1,2 – коэффициенты, которые находятся следующимгде S1,2образом:S1,2 V  S0   V1 A ts2S0V   S0   V1 A    4Vts ts2VКоэффициентыS1,2можно определить следующимобразом:S1  S0VtS  S0   V1 A  tS VS20Vt  S0   V1 A  tS 2SS0  V1 A  V / tSS2 V3Используя начальные условия приt = 0; Р = Рнач ,находим коэффициенты С1,2: S0 pнач V1 A 1Q1bpначC1   pнач  pнач S2 VVVtS S1  S2C2  pнач  C1гдеА - площадь стенок откачиваемого объема;Q1 - количествоединице поверхности;газа, содержащегося в монослое нагдеV - откачиваемый объем;Р - давление в откачиваемом объеме;So - эффективная быстрота откачки;ts- время пребывания молекулы на поверхности вадсорбированном состоянии.t S   0eQаRTгде Qa – энергия (теплота) адсорбции..

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