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.