Поток газа
Как следует из уравнения состояния идеального газа
для данного газа при постоянной температуре масса т газа пропорциональна произведению pV. Тогда количество газа, проходящего в единицу времени через единицу поверхности при давлении р, если газ находится в равновесном состоянии при постоянной температуре, можно выразить в единицах pV, как это принято в вакуумной технике:
(17)
где Q — поток газа; V — объем газа, проходящего через любое сечение системы в единицу времени; р — давление в этом сечении.
Согласно уравнению состояния однородного газа, находящегося в равновесии, можно записать
где k— постоянная Больцмана; N— число молекул, проходящих через сечение в единицу времени; T — абсолютная температура.
Рассмотрим систему, состоящую из ва
куумной камеры с натекателем, трубопровода и насоса (рис. 5). При данной степени открытия натекателя во всей системе по направлению от натекателя к насосу создается поток газа, который не меняется во времени. При этом в каждой точке системы устанавливается определенное давление, не меняющееся с течением времени.
Расход газа можно выразить различными способами:
1) массовый расход — масса газа, проходящего через сечение в единицу времени;
2) число молекул, проходящих через сечение в единицу времени;
3) объемный расход — объем газа, проходящего через сечение в единицу времени (этот объем измеряется при давлении в данном сечении);
4) объемный расход, приведенный к атмосферному (или другому характерному для данной системы) давлению.
При равновесии массовый расход, число молекул, проходящих через сечение, и приведенный объемный расход являются постоянными и не зависят от давления в рассматриваемом сечении. Объемный расход зависит от давления в данном сечении.
Поток газа Q представляет собой объемный расход, приведенный к единичному давлению.
Соотношение между наиболее употребительными единицами потока указано в табл. 5.
Таблица 5
Единица измерения |
мм рт. ст. -л/с |
мкм рт.-ст.-л/с |
атМ*См3/с |
мкм.фут3/мии |
1 мм рт. ст. - л/с .... 1 мкм рт. ст. -л/с . . . 1 атм-см3/с...... 1 мкм-фут3/мин .... |
1 10-3 0,760 0,472- КГ 3 |
103 1 760 0,472 |
1,32 -1,32*10-3 1 0,621•1O-3 |
2,12•1O3 2,12 1,61-103 1 |
Массовый расход С можно выразить через поток газа следующим образом:
где р — плотность газа при единичном давлении и заданной температуре.
При расчетах вакуумных систем используют аналогию между вакуумной системой и электрической цепью. Поток газа Q для данной системы остается постоянной величиной, в какой бы точке системы мы ни определяли значения р и V при подсчете Q = pV. В связи с этим можно установить аналогию между потоком Q и силой тока в электрической цепи. Так же как сила тока пропорциональна числу электронов, проходящих через любое сечение в единицу времени, так и поток газа пропорционален числу молекул, проходящих через любое сечение в единицу времени (по формуле Q = kNT). Потенциалу в электрической цепи соответствует давление в каждой точке рассматриваемой вакуумной системы.