Вакуум применяется в различных сферах промышленности. Проводимость является главной величиной, которая характеризует транспортные каналы вакуумного оборудования и определяется геометрией, размерами канала и режимом прохода газа.
Что означает проводимость вакуума
Для понимания интенсивности протекания процессов в вакууме соотносятся число столкновений молекул со стенками ограничивающего его сосуда с числом взаимных столкновений молекул. Это называется числом Кнудсена и является фундаментом условного деления областей вакуума на остальные последующие промежутки.
Диапазоны областей вакуума
Давление в вакууме принято измерять по следующей классификации:
1. Низкий вакуум
Этот вакуум предполагает давление газа, при котором средняя длина всего пути молекул газа намного меньше обычного линейного размера сосуда.
2. Средний вакуум
Характеризуется давлением газа, где средняя длина свободного пути молекул сравнивается с характерным линейным размером ≈l. Область давления данного вида варьируется от 100 до 0,1 Па.
3. Высокий вакуум
Это давление газа, при котором средняя длина свободного пути молекул гораздо больше характерного линейного размера >>l.
4. Сверхвысокий вакуум
Предполагает давление газа, при котором нет кардинальных изменений свойств поверхности, изначально свободной от адсорбированного газа, за промежуток времени, который бы сильно влиял на процесс.
Проводимость вакуум-провода определяет режим течения, характер явления переноса (вязкости) и тем самым степень вакуума.
При вязкостном течении газ в трубопроводе символично разделяется на отдельные слои. Несоответствие скоростей слоев объясняется внутренним трением в газе (или вязкостью), поэтому этот режим течения называют вязкостным.
Молекулярный режим течения газа характеризуется большим значением числа Кнудсена, так как при рассматриваемом режиме течения практически нет взаимодействия между молекулами.
Такое свойство движения молекул газа в молекулярном режиме увеличивает их путь прохождения через элементы вакуумной системы и снижает вероятность попадания молекулы во входной фланец насоса, что в большей степени увеличивает время откачки, обязательное для достижения нужного давления.
Физические процессы, происходящие в вакууме и особенности
В естественных условиях внутреннее трение обусловлено передачей количества движения молекулами быстрых слоев молекулам, двигающимся чуть медленнее.
В вакууме условия меняются: молекулы между собой не сталкиваются, и трение можно объяснить передачей количества движения напрямую стенке. То есть трение перестает быть внутренним и становится внешним.
Аналогичная закономерность наблюдается и с теплопроводностью. Если при атмосферном давлении теплопроводность от давления не зависит, то в вакууме она пропорциональна давлению.
Вакуум – отличный термоизолятор и перенос тепловой энергии в нём происходит только из-за теплового излучения, а конвекции и теплопроводности в данном процессе не будет. Это свойство используется для теплоизоляции в термосах.
Тем не менее уточним, что и в совершенном вакууме при высокой температуре есть некоторое тепловое излучение, называемое газом фотонов. Так, тело в этом вакууме, скоро окажется в тепловом равновесии со стенками вакуумной камеры за счёт обмена тепловыми фотонами.
Серьезное изменение коэффициентов переноса газов начинается при разном давлении и зависит от размера объекта. Процессы, происходящие в вакуумных системах, сильно зависят от взаимодействий доминирующих молекул, то есть взаимных соударений между собой или столкновениями со стенками объекта.
В этой статье рассматривались способы измерения проводимости вакуумных элементов. Также мы рассказали о других первостепенных характеристиках, которые необходимо учитывать при выборе оборудования.
