Запитання і задачі до розділу 1

1. Які процеси називають сорбцією і десорбцією?

2. Чим різняться фізична і хімічна адсорбція (хемосорбція)?

3. Яку природу мають сорбційні сили?

4. Якими ефектами визначається фізична складова адсорбції?

5. Запишіть співвідношення для визначення енергії взаємодії між двома молекулами та поясніть зміст величин, що до нього входять.

6. Поясніть чому у разі абсорбції кількість газу, яка поглинається, зростає пропорційно об'єму тіла, залежить від природи речовини та збільшується зі збільшенням пористості тіла?

7. Побудуйте графік потенціальної енергії взаємодії багатоатомних молекул з поверхнею твердого тіла та назвіть основні етапи процесу.

8. Що таке мінімальний час адсорбції і чому він дорівнює?

9. Побудуйте і поясніть температурну залежність поглинання газу при фізичній та хімічній адсорбції.

10. Які рідини є джерелом парів у вакуумній системі?

11. Схематично побудуйте діаграму агрегатного стану речовини і поясніть її зміст.

12. Як добуток яких величин визначають швидкість конденсації?

13. З якою метою у насосі здійснюють напуск, так званого баластного газу?

14. Експериментально адсорбційні процеси вивчаються за кривими адсорбції. Між якими величинами і за яких умов вони встановлюють зв'язок?

15. Одну з перших теорій ізотерм адсорбції було створено Ленгмюром. На яких припущеннях вона побудована?

16. Що таке ступінь покриття і які ступені існують?

17. Від яких факторів залежить концентрація газів розчинених в твердому тілі?

18. Яким співвідношенням виражається дифузійний потік? Назвіть величини, що входять до нього.

19. Який характер має температурна залежність коефіцієнта в’язкості? Запишіть співвідношення.

20. Перелічіть завдяки яким процесам може відбуватися теплопередача в розріджених газах.

21. Поясніть чому при високому вакуумі електропровідність газу мала.

22. Наведіть приклади використання проходження електричного струму через розрідженні гази в області середнього вакууму.

23. Накресліть схему вакуумної системи і назвіть основні елементи.

24. Дайте означення величин S_н, S_еф і U та встановіть зв'язок між ними.

25. Дайте означення тисків вакуумного насоса: р_гр, р_м , р_б, р₃, р_в .

26. Вкажіть з якою метою застосовується число Рейнольдса.

27. Розрахувати тиск ртутної пари, що створюється краплею ртуті в 1 г, яка повністю випаровується в замкненому балоні об’ємом 100 см³ при температурі 557 ⁰С.

28. У вакуумній системі є гази (N₂, O₂) і пари (H₂O, Hg) з парціальними тисками N₂ - 8·10^-5 мм рт. ст., O₂ - 2·10^-5 мм рт. ст., H₂O - 1·10^-2 мм рт. ст., Hg - 1·10^-3 мм рт. ст.. Визначити повний тиск у вакуумній системі.

29. Водяна пара при температурі 20 ⁰С займає об’єм 300см³ і створює тиск 5 мм рт. ст.. Яким буде тиск (при незмінній температурі), якщо об’єм зменшити до: 100 см³; 10 см³; 1 см³ (таблиця 2.1).

Розділ 3 методи отримання вакууму

3.1 Отримання вакууму та класифікація вакуумних насосів

У основу отримання вакууму можуть бути покладені два принципи: перший(механічний) — видалення газу з відкачуваної посудини за межі вакуумної системи, другий(фізико-хімічний) — зв’язування газу у вакуумній системі.

Перший принцип реалізований в газопереміщуючих насосах. Переміщення маси газу можна проводити періодично, окремими порціями і безперервно. Для видалення порції газу необхідно ізолювати в робочій камері насоса певний об'єм газу, перемістити його від вхідного патрубка насоса до вихідного, стиснути в процесі переміщення до тиску, більшого, ніж тиск у вихідному перерізі насоса, і виштовхнути газ за межі насоса. Вакуумні насоси, які відкачують газ окремими порціями в результаті періодичної зміни об'єму і положення робочої камери, називаються об'ємними вакуумними насосами. Об'ємними вакуумними насосами є тільки механічні насоси, тобто такі, відкачувальна дія яких обумовлена переміщенням газу унаслідок механічного руху робочих частин насоса.

Для безперервного видалення нейтральних молекул газу необхідно мати тіло, яке постійно захоплювало б і переміщало газ. Таким тілом може бути безперервна рухома тверда поверхня або струмінь рідини, пари або газу. При зіткненні з рухомою твердою поверхнею і в результаті внутрішнього тертя молекули газу набувають переважного напряму руху. Механічні насоси відкачувальна дія яких заснована на захопленні газу, що видаляється, безперервно рухомими твердими поверхнями, отримали назву молекулярних, оскільки рухомі частини насоса впливають на окремі молекули.

Вакуумні насоси, в яких реалізується другий принцип створення вакууму, отримали назву сорбційних насосів. Газ в сорбційних насосах може зв'язуватися гетером (гетер — речовина, вживана для хемосорбції газів у вакуумних системах), а також сорбуватися і конденсуватися на охолоджуваній поверхні.

У залежності від ступеня отримання граничного вакууму вакуумні насоси поділяють:

-форвакумні насоси (10⁵- 1Па);

- насоси середнього вакууму(1-10^-2 )

-високовакуумні насоси (10^-2-10^-5 Па);

-надвисоковакуумні насоси (P<10^-5 Па).

За класифікацією, основаною на використанні фізичних законів, покладених в основу роботи вакуумні насоси поділяють на групи:

1. Насоси, робота яких основана на використанні закону Бойля-Маріотта (механічні насоси для об’ємної відкачки газів);

2. Насоси, робота яких основана на використанні явища внутрішнього тертя;

3. Молекулярні насоси (механічні та дифузійні);

4. Насоси, принцип роботи яких оснований на явищі іонізації газів;

5. Насоси, робота яких основана на принципі фізико-хімічного зв’язування газів (іонно-сорбційні, магніторозрядні, сорбційні, конденсаційні (кріогенні) насоси).

Класифікація вакуумних насосів за принципом дії приведена на рис.1.

Рис. 2.1. Класифікація вакуумних насосів