Vakuová fyzika 1, RSlavíček 1 Rozdělení vakua vakuum nízké střední vysoké extrémně vysoké tlak [Pa] 105 - 102 102 - 10_1 10"1 - 10~5 < 10-5 koncentrace [cm-3] 1019 - 1016 1016 - 1013 1013 - 109 < 109 střední dráha A [cm] < 10~2 10~2 - 101 101 - 105 > 105 monovrstva r [s] < 10-5 10~5 - 10"2 10~2 - 102 > 102 typ proudění viskózni Knudsenovo molekulární molekulární Vakuová fyzika 1, RSlavíček 2 Počet částic dopadajících na jednotku plochy za jednotku času Sférické souřednice r, cp, $ dS = r2sinůdůd(p Počet částic s rychlostí v1 dopadajících na element dS nvldS nvlr2 sinůdůdíp v1 = - = - Počet částic dopadajících na plochu kolmou na osu z nvlsiwdďdd(p dl/2 = VxVxCOSŮ = -VxCOSŮ 47T 47T Jo JO sinůcosůdůdíp sinůcosůdů = nvlv± sin2ů "2 = -rivxvx 4 v = 1 -nva 4 Tlak jako kinetické působení plynu částice s rychlostí v± I = 2rrioV1cos'd dp1 = dv2I = dv22mQV1cos,d nvl _ 2 r27' /-f 2 27710^1 / / cos ůsinůdůdíp 47T -'O L • viskózne molekulární A « L • viskózni A < i Vakuová fyzika 1, RSlavíček 9 Molekulární režim rychlost přenosu závisí pouze na rychlosti a hmotnosti molekul, molekuly se mezi sebou téměř nesrazí Viskózni režim vznikne gradient koncentrace dn a "i = ~Dab dn a dt dx du\y v 2 = -Dha dU\y dt dx Vakuová fyzika 1, RSlavíček 10 p = pl + p2 = konst n = na + n& = konst Vakuová fyzika 1, RSlavíček 11 koeficient samodifuze při difúzi molekul jednoho plynu koeficient vzájemné difúze při difúzi dvou různých plynů koeficient samodifuze D = va\ [m2s x] kde 8kT 1 A = Vakuová fyzika 1, RSlavíček 12 p = nkT => A = kT V2ird2p 1 fcT £> = —vaX = —=-a 3 3V27rd2p\ 8fcT 7rm0 2fe§ Tl 7V2 (PprriQ Vakuová fyzika 1, RSlavíček 13 koeficient vzájemné difúze Ti Tíh Dab = Dba = Da-— + Db na + nb na + nb 1 1 na = nb = n => Dab = Dba = D = -(Aava(a) + A6*ua(&)) o Vakuová fyzika 1, RSlavíček 14 T = 273 K,p = 105 Pa koeficient samodifuze plyn H2 H e H2 O N2 co2 Hg Xe ^[ío-Ws-1] 1.27 1.25 0.14 0.18 0.1 0.025 0.05 Vakuová fyzika 1, RSlavíček 15 koeficient vzájemné difúze plyn DobllO"4™2*-1] ve vzduchu A^io-4™2*-1] H> 0.66 1.27 He 0.57 1.25 vzduch 0.18 0.66 CO 0.175 0.64 co2 0.135 0.54 Vakuová fyzika 1, RSlavíček 16 Efúze plynu Je-li v různých částech vakuového systému různá teplota, začnou proudit molekuly z části s vyšší teplotou do části s nišší teplotou. Uzavřený systém rozdělený přepážkou s otvorem T2 > Tx 1 1 "i = -niVai , ^2 = -n2va2 "2-i = -(n2va2 - nxVai) 4 Vakuová fyzika 1, RSlavíček 17 proudění ustane, když n2va2 = ni^i p = nkT , va = ™2 Vai P2T1 8feT 7rm0 ni va2 PiT2 \ T- P2 Pl Vakuová fyzika 1, RSlavíček 18 spoj s velkou vodivostí a viskócní podmínky p « px « p2 p & krixTx & kn2T2 TH = T2 spoj s velkou vodivostí a molekulární podmínky /?i « Vakuová fyzika 1, RSlavíček 19 Koeficient akomodace d = T2-Tx kde Tx je teplota molekuly dopadající na povrch s teplotou T2 a je teplota odražené molekuly Koeficient akomodace závisí na druhu plynu, na stavu a druhu povrchu a na teplotě. Vakuová fyzika 1, RSlavíček 20 Úhlové rozdělení molekul plynu odražených, nebo startujících z povrchu Molekuly plynu dopadající na povrch se nemusí odrážet podle zákona zrcadlového odrazu. doba pobytu není nekonečně krátká povrch vzhledem k velikosti molekuly není dokonale hladká plocha Rozdělení pravděpodobností se řídí kosinovým zákonem P(<&) = P0cosů Vakuová fyzika 1, RSlavíček 21 Viskozita plynu (vnitrní trení) viskózni podmínky A < L, při proudění vzniká gradient rychlosti du Ft = -77—AS dx 1 r _2l 77 = —gXva [Nsm ] 3 8kT 1 , A = —=- , q = m0n , p = nfcT \ 7rm0 ' \/2mrd2 2 1 kTm0 3rf2 V 7T3 77 ~ konstvŤ Vakuová fyzika 1, RSlavíček 22 rjo \T0J 1 + f kde T\ je Sutherlandova konstanta Vakuová fyzika 1, RSlavíček 23 Přenos tepla plynem Množství tepla procházející za 1 sekundu plochou 1m2 kolmou ke směru maximálního gradientu teploty lze vyjádřit dT W = -A- dx viskózni podmínky A = ^gvaXcv [Wm^K-1] A = T]CV cv je měrné teplo plynu při stálém objemu Vakuová fyzika 1, RSlavíček 24 při molekulárních podmínkách se všechny molekuly podílejí na přenosu tepla, přenos tepla je úměrný koncentraci a tím i tlaku