fathi mohamadipoor
TRANSCRIPT
خأل معرفی
چیست؟• خأل- : کم فشار رسمی تعریف- . “ به” بستگی کم فشار است نسبی اصطالح یک کم
. دارد اتمها فشار ... چیست؟• فشار این بنابر
. است- سطح واحد بر وارد نیروی فشارمربع- اینچ بر پوند
مربع- متر بر نیوتنشن• : بر دست وسیله به اعمالی نیروی مثال
خأل معرفی
های • دیواره با بسته محفظه یک بر گاز که فشاریمولکولهای برخورد از ناشی کند می وارد سخت
. است محفظه سطح بر گازتوانند- : می مولکولها که است ماده از حالتی گاز
کامل طور به و کنند حرکت جهات تمام در آزادانه. شوند پخش خود محتوی ظرف در
: است• فاکتور دو شامل فشار اینچگالی- ) 1 محفظه در موجود گاز مولکولهای تعداد
مولکولی(گاز- ) ( 2 مولکولهای حرارتی جنبشی انرژی
خأل معرفی
وجود ) ( • به زیر عوامل با کم فشار خأل بنابراینآید : می
در - موجود گاز مولکولهای تعداد کاهش) کردن) پمپ محفظه
گاز- مولکولهای جنبشی انرژی کاهش
خأل معرفی
• : اتمسفر فشارنیتروژن - و اکسیژن از زمین اتمسفر ی عمده قسمت
. است شده تشکیلبا - است برابر زمین سطح بر اتمسفر از ناشی نیروی
عرض ) 7/14 ، دریا سطح در مربع اینچ بر پوندگراد ( º 45جغرافیایی سانتی درجه صفر ،
از 7/14نیروی - ستونی موثر وزن از ناشی پوندزمین از مربع اینچ یک باالی که است هوا مولکولهای
. است شده کشیده اتمسفر ی لبه تا و گرفته قرار؟- یابد می کاهش ارتفاع افزایش با اتمسفر فشار چرا
مقطع سطح با هوا از ستونی
اتمسفر ارتفاع و مربع اینچ یکارتفاع حداکثر
اتمسفر
مربع اینچ یک
دریا سطح
دریا، 14/ 7وزن سطح در پونداتمسفر است، psia 7/14فشار
خأل معرفیاتمسفر : • فشارمی - زیر صورت به اتمسفر فشار و ارتفاع رابطه
باشد:
- =p ( مربع براینچ (psiaپوند-=A متر حسب بر دریا سطح از ارتفاعارتفاع - با جایی در اتمسفر سطح 866فشار از متر
حدود .psia 1/13دریا باشد میاورست- ) قله برابر( 8850در فشار psia3/4متر
. دریا سطح سوم یک از کمتر یعنی ، است
17000107.14 AP
زمین سطح در اتمسفر
pa P=101300،H=0
خأل معرفی
خالص :• فشاربرخورد - محفظه دیواره به مداوم طور به هوا مولکولهای
. کنند می نیرووارد آن وبهآنگاه :- باشد باز محفظه اگر
محفظه• = خارج نیروی محفظه داخل نیرویشود• نمی وارد محفظه دیواره به خالصی فشار هیچ
به- محفظه داخل گاز از ومقداری باشد بسته محفظه اگردیوارها به درون به رو خالصی شود،نیروی پمپ بیرون
. شود می واردمحفظه• مکانیکی قدرت از بزرگتر خالص اگرنیروی
شود . می فشرده باشد،محفظه
خأل معرفی
•: خالص فشاربخار چگالش اثر در کانتینر شدن مچاله
خأل معرفی
• ) چیست؟ ) کامل ال ایده خألندارد - وجود ای ذره هیچ که فضایی
0psiaفشار- =دارد؟- وجود چیزی چنین آیا
ندارد• وجود درعمل ( از• کمتر فشار دارد وجود \ تقریبا دور فضاهای (10در
ندارد؟- وجود چیزی چنین درعمل چراوجود• اتمسفر فشار از کمتر فشاری واقعی خأل در
ندارد.
20-
خأل تاریخ به نگاهی نیم
Evangelista Torricelli-1643 •
اب - کردن خارج برای مکشی پمپ یک ساختازچاه
هواسنج - اولین ساختتور )- فشار شد( Torrواحد نامگذاری
خأل تاریخ به نگاهی نیم
•: کوتاه Otto von Guericke-1663تاریخ
پیستونی - خأل پمپ یک ساختقرار • هم کنار برنز جنس از کره نیم دو
اسب دسته دو و شد پمپ بیرون به ،هوا گرفتندکنند . جدا هم از را ها ان نتوانستند
خأل تاریخ به نگاهی نیم
خأل تاریخ به نگاهی نیم
•Edison-1879-. کرد استفاده خود الکتریکی المپ اولین در خأل از
ی• دهه 1900اوایلتکنولوژی - تأمین با ها سنج خأل و خأل های پمپ ساخت
. یافت ادامه تیوپی• 1950دهه
های - سنج خأل و یونی و دیفوژن های پمپ ی توسعه. گشود باال فوق خأل و باال خأل بسوی را دری یونی
ی• 1970دههکرایو - و توربومولکولی های پمپ اختراع
است؟ نیاز خأل به چرا
یک- 1 طول در مستقیم خط به ذره جابجایی برایطوالنی مسافت
است؟ نیاز خأل به چرا
تمیز- 2 سطح یک ایجاد برای
تمیز سطح
باال خأل
الودگی ) اب) \ معموال
اتمسفر
کنیم؟ می استفاده خأل از چرا
آلوده : =< • های مولکول کمتری تعداد کم فشار تمیزیکننده
-. یابد می افزایش طبیعی های اکسید تشکیل زمان-. یابد می کاهش فرایند یک طول در ناخالصی ایجاد
: به• پایین فشار با محیطی در پالسما پالسما تولید. شود می داشته نگه و خلق راحتی
می - استفاده یون کاشتن و برداری،جابجایی الیه برایشود.
: کمتر• مولکولی تداخلها- یون برای میانگین آزاد مسافت افزایش
کنیم؟ می استفاده خأل از چرا
• : کم اصطکاکها- فرایند برای نیاز مورد حرارتی پراکندگی کاهش
حرارتی• : عایقبندی. فالسک- دیگر عبارت به
تبخیر• : بهبود-. شود می بخار تری پایین دماهای در ماده فشار کاهش با
مکانیکی• : کاربردبرای- یا مکان یک در جسم نگهداری برای فشار اختالف از
. شود می استفاده دیگر مکان به مکان یک از انتقال
خأل کاربردهای
دارویی • محصوالت و خشکباراپتیکی • های عدسی اندودن
یا• شدن فاسد ، کردن کند برای خأل ی محفظه) زدن ) زنگ اکسیداسیون
کاتدی• اشعه المپ و خأل المپبرقی• جارو
مکانیکی• کاربرد
: هادی نیمه خأل کاربردهای
تبخیر ) • وسیله به گذاری الیه گذاری الیه ) تبخیر ، شیمیایی
ناخالصی - کاهشپالسما - تولیدمیانگین - آزاد مسیر کاهش
زنی• قلمپالسما - وسیله به زنی قلم
) سازی• ) ناخالص یون کاشت
فشار گیری اندازه
فشارسنج
760mm
29,9in
10.321mm
از 13.58جیوه : تر سنگین بار. است آب
جیوه کوتاهتر x 13.58ستوناست:
10321mm / 13.58 = 760 mm )= 760 torr (
آبجیوه
فشار گیری اندازه
فشارسنج •-Torricelli صورت به را ای شیشه ی لوله یک-. برد فرو جیوه تشت در وارونهآن - اطراف فشار که هنگامی لوله در جیوه سطح- . رود می پایین و باال کند، تغییرجیوه - ستون ارتفاع ، اتمسفر فشار دریا سطح دردر - .mm760را دارد می نگه ثابت
اتمسفر- mmHg1 Torr = 1 = 760/1فشار
اتمسفر استاندارد فشار
عرض و سانتیگراد درجه صفر ، دریا سطح دردرجه 45جغرافیایی
CGS →P=dyne/cm2=barP=gh=13.69876=1012928bar≈10
6bar ≈ 1013 mbarMKS →P=N/m2 =pascal
P=13600 9.8 .76=101292.8 ≈105 pascal
100 pascal=1 mbar=.76 Torr
فشار های معادل
مرتبط آنها نسبی حجم با گازها جزئی فشاراست:
گاز نمادحجم درصد جزئی فشار
TORR PASCAL
NitrogenOxygenArgonCarbon DioxideNeonHeliumKryptonHydrogenXenonWater
N2
O2
ACO2
NeHeKrH2
XH2O
7821
0.930.03
0.00180.00050.0001
0.000050.0000087Variable
5931587.1
0.251.4 x 10-2
4.0 x 10-3
8.7 x 10-4
4.0 x 10-4
6.6 x 10-5
5 to 50
79,00021,000
940331.8
5.3 x 10-1
1.1 x 10-1
5.1 x 10-2
8.7 x 10-3
665 to 6650
: مختلف دماهای در آب بخار فشار
T (O C)
100
25
0
-40
-78.5
-196
P (mbar)
1013
32
6.4
0.13
6.6 x 10 -4
10 -24
((جوش
انجماد))
یخ خشک ( )
نیتروژن) مایع (
فشار گیری اندازه
فشار • دیگر واحدهایمربع - اینچ بر پوند و اتمسفر بار، پاسکال، آب، اینچ- . شوند می استفاده اروپا در بار و پاسکالکار - به علمی نمادگذاری برای تور اغلب آمریکا متحده ایالت در
. رود میاتمسفر : • فشار ، مهم تبدیالت
1 atm. = 760 torr = 760 mm Hg = 406.8 in. H2O = 14.7 pounds/in2 = 1.013 bar = 101,325 Pa
نکته : کم = فشار باال خألباال = فشار پایین خأل
فشار گیری اندازه
باشد ) ( می محفظه به وابسته خأل های مقیاس
• 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100 102 103
) تور ) فشار
103 105 107 109 1011 1013 1015 1017 1019
در ) مکعب متر هر در مولکولی (25چگالی سانتیگراد درجه
109 107 105 103 101 10-1 10-3 10-5 10-7
در ) سانتیگراد( متر حسب بر میانگین آزاد درجه 25مسافت
باال متوسط خأل خأل خأل باال تقریبی فوق خأل
خأل های مقیاس•: ) تقریبی ) پایین خأل
تا- یابد 1اتمسفر می کاهش تورصنعتی - غیر های کاربرد ، چسباندنمتوسط :• خأل تور 10- 3تا 1--CVD پالسما وسیله به زنی قلم ،
: باال• خأل
تور10- 8 تا10- 3- کردن- تبخیر یون، کاشت
باال• : فوق خأل
تور - از کمترتحقیقاتی - ابزار ، مولکولی پرتو نشست رو
3-
خأل دیگر اصطالحات
گاز : • حجم واحد در ذرات تعداد مولکولی چگالیآل - ایده خأل به رسیدن برای مولکولی چگالی
است؟ چقدریک : • که متوسطی مسافت میانگین آزاد مسیر
برخورد از قبل مستقیم مسیر یک در گاز مولکول. پیماید می محفظه ی دیواره یا دیگر مولکول به
آل- ایده خأل به رسیدن برای میانگین آزاد مسافتاست؟ چقدر
خأل اصطالح
• : ) می ) خأل سیستم یک که فشاری کمترین نهایی مبنا فشار . برسد آن به تواند
ندارد - جریان خأل سیستم در گازی هیچمی - کار به ناخالصی کردن جا به جا برای فرایند ابتدای در
رود.کند؟ - محدود را سیستم مبنای فشار است ممکن چیزی چه
در• : آن درون گازهای که سیستم یک فشار فرایند فشارتعادلند.
است؟- پایه فشار از تر پایین یا باالتر فرایند فشار آیا
بخار فشار
•: شناسی واژهگاز- : به مایع شدن تبدیل تبخیر
: گاز- به جاد تبدیل تصعید : جامد- یا مایع تبخیر از حاصل گاز بخار
جامد : - به آن مجدد تبدیل یا مایع به بخار تبدیل چگالشچگالیده) ( فاز
هم : - با مخالف نیروهای که سیستم از حالتی تعادلبرابرند
دارای: - و شوند می تبخیر آسانی به که مایعاتی ار فر� . باشند می باالیی بخار فشار
بخار فشار : که• افتد می اتفاق وقتی تبخیر
. یابد- افزایش ماده دمای. یابد- کاهش ماده سطح فشار
: گاز• به معین دمایی در جامد یا مایع که فشاری بخار فشار. شوند می تبدیل
کند؟- می تغییری چه بخار یابد،فشار کاهش دما اگر out gassing : سیستم در ماده که هنگامی
. شود می تبدیل بخار به پایین وفشار تراکم حالت در خألباقیمانده- انگشت اثر ویا آب،حالل کمی مقدار کلی طور به
محفظه درونرا سیستم کردن پمپ برای الزم زمان و می Out gassشود
تواند. دهد افزایش
بخار فشار
می بخار زمانی تا بسته محفظه یک درون مایع : که شود
= بخار- فشار مایع سطح باالی هوای جزئی فشارمایع
بخار اشباع بخار
بخار فشار)c(جوش دما نقطه
فشاربخار)torr(
)k(دما متداول های گاز بخار فشار
مختلف دماهای در آب بخار فشار
T (O C)
100
25
0
-40
-78.5
-196
P (mbar)
1013
32
6.4
0.13
6.6 x 10 -4
10 -24
)جوش(
)انجماد(
) خشک )یخ
) مایع )نیتروژن
مختلف دماهای در آب بخار فشار
T (O C)
100
25
0
-40
-78.5
-196
P (mbar)
1013
32
6.4
0.13
6.6 x 10 -4
10 -24
)جوش(
)انجماد(
) خشک )یخ
) مایع )نیتروژن
بخار فشار : فاز •نمودارهای
می- تعیین مشخص وفشار دما در را ماده حالتکند.
: آب- آب مثال برای حالت نمودار
ذوب نقاط
فشار
تصعید نقاط گانه سه نقطه
جوش نقاطبحرانی نقطه
دما
دما
متداول ذوب و جوش نقاطفشار
یخ
آب
آب بخار
یخ
آب بخار
760mm
اب
بخار فشار: ها مثال
به- دمایی چه در یافته کاهش تور یک به آن فشار که آبیآید؟ می جوش
راست- یا و دارد قرار خطوط چپ سمت در چگالیده فازآنها؟
سیستم یک دمای CVDاگر و تور میلی یک فشار درساختن 500 برای ای ماده گرادباشد،چه سانتی درجه
باشد؟ می نامناسب محفظه: نتیجه•
می- کار به خأل محفظه داخل که ای ماده هر بخار فشار. شود گرفته نظر در باید رود
... : محفظه،شیر،- سازنده واشر،روغن،ماده شامل که
(n) گاز چگالی
: آل ایده گاز قانوناتاق دمای در و پاسکال یک فشار در گاز چگالی
انگشتی سر حساب
PV=NKT
میانگین آزاد مسیر : ی فاصله میانگین آزاد مسیر
برخوردهای بین میانگینگاز های مولکول
σ = ها مولکول مقطع سطحدمای در آب برای آخر معادله
20
. است گراد سانتی درجه
میانگین آزاد مسیر
p )Torr) )molec./cm2-s)
7602.9x102367 nm
13.8x102051 m
1x10-33.8x101751 mm
1x10-63.8x101451 m
1x10-93.8x101151 km
است مولکولی باشد،رژیم مسیر ابعاد کوچکترین از λ .بیشتر که هنگامی
است چسبان باشد،رژیم ابعاد از اگرλ .کوچکتر
میانگین آزاد مسیرکاهش با میانگین آزاد مسیر
یابد می فشار،افزایش
)cm( ~= .005 / P )torr(–at 1 atm, MFP = 0.02 microns–at 1mT, MFP = 5.08 cm–at 10-9 torr )UHV(, MFP = 50 km
Mean Free Path vs. Pressure
1.00E-061.00E-041.00E-02
1.00E+001.00E+021.00E+041.00E+061.00E+08
1.00E-10
1.00E-08
1.00E-06
1.00E-04
1.00E-02
1.00E+00
1.00E+02
1.00E+04
Pressure )Torr)
MF
P )
cm)
MFP
میانگین آزاد مسیر
میانگین آزاد ومسیر ها مولکول چگالی
1013 mbar (atm) 1 x 10-3 mbar 1 x 10-9 mbar
#mol/cm3
MFP
3 x 10 19
(30 million trillion)4 x 10 13
(40 trillion)4 x 10 7
(40 million)
2.5 x 10-6 in6.4 x 10-5 mm
2 inches5.1 cm
31 miles50 km
میانگین آزاد مسیر و برخورد
گاز چگالی
مقطع سطح
صلب های کره برخورد
اتم و مولکول ابعاد
= اتم آنگستروم 3ابعاد
: اتمسفر فشار در ها مولکول میانگین جدایینیتروژن گاز مکعب متر سانتی یک در
دارد،بنابراین وجود :مولکول
1/2.5X1019= 4X10 -20cm=34 A0
2.5 X1019
ها مولکول میانگین جدایی
: اتمسفر فشار در 2.5X10 19 مکعب متر سانتی یک در مولکول
مولکول یک 1/2.5x10 19 =4x10 -20 cm3 =حجم
( 4x10 -20) 1/3=3.4x10 -7 cm=34A=
3 A0
34 A0
مولکول دو فاصله
برخورد آهنگ
21
21
)2(
)2(
14588
4
MRT
PNJ
RkN
mNM
mKT
PJ
M
T
M
RT
m
kTV
VnJ
av
av
av
سطح واحد J بر برخورد،شار ،آهنگ
سطح برخورد آهنگ
ماکسول توزیعسرعت دارای که هایی مولکول
بین VتاV+dVهستند
kT
mv
evkT
mNvN 222
3 2
)2
(4)(
20
3
2
12
dvev v
m
kT
m
kT
kT
mv
8
)2
(2
1)
2(4 22
3
kT
mdvev
kT
m
N
N
N
vdvevkT
mN
N
vdvvN
v v
kT
mv
2)
2(
4)
2(4)(
2
2
0
32
30
222
3
0
ماکسول توزیع
0
42
3
222
3
0
2
2
2)
2(
4)
2(4)(
2
2
kT
mdvev
kT
m
N
N
N
dvvevkT
mN
N
dvvvN
v v
kT
mv
m
kTvv
kT
mv
rms
3
8
3)
2(4
2
52
32
Vrms
ماکسول توزیع
m
kTv
vkT
mvve
kT
mvvve
kT
mN
evdv
d
kT
mN
dv
vdN
dv
vdN
p
kT
mv
kT
mv
kT
mv
2
0)2(0)2
22()
2(4
0)()2
(4)(
0)(
22
222
3
222
3
22
2
سطح برخورد آهنگ
kT
mv
kT
m
v
vPvf
2exp
24
)()(
22/3
2
0
2_ 8
4)(m
kTdvvvfvcv
vndvvfvnvnZv
zzz 4
1)( 3
0
ماکسول توزیع
اتم میانگین :سرعت
X-y صفحه در ها اتم جریان
مثال
فشار دارای خأل محفظه . 10یک که کنید فرض باشد می تورشود،جریان می پر آب بخار با قرار H2Oمحفظه ماده برای
چیست؟ محفظه در شده داده
6
n = 3.2x1013 cm-3/mTorr * 10-3 mTorr = 3.2x1010 cm-3
<v> = (8kT/pM)1/2 = 59200 cm/s
Gz = (¼)n<v> = 4.74x1014 ثانیه بر مکعب متر سانتی بر Ịمولکول
الیه یک � تقریبا . H2Oاین است ثانیه بر
وبخار مایع بین تعادل
Ec JmkT
PJ
210
)2(
P =اشباع بخار فشار 0
برخورد فرکانس• V=xt
شده • طی میانگین فاصلهثانیه یک در
•V/l =برخورد فرکانسl =میانگین آزاد مسیر
( N2برای• اتمسفر) وفشار اتاق دمای در
C.F=470/6.6x10 -6 =7.1x10 9
پایین • فشار کاهش؟ C.Fدر یا یابد می افزایش
فشاری چه یک C.Fدر با Sبرابر1
است؟
ثانیه بر
سطح برخورد آهنگسطح واحد به کننده برخورد گاز های مولکول سرعت
•n =گاز های مولکول چگالی •v =بولتزمن توزیع در میانگین سرعت •k =بولتزمن ثابت •m =ها مولکول جرم •T =کلوین حسب بر مطلق دمای
به آووگادرو عدد در کسر مخرج و صورت باضرب عددی شکلآید می دست
که دانیم می . NAvk = Rو گاز. وزن NAvm = M،M،ثابت. است گاز های مولکول
mkT
p
m
kT
kT
pvnJ
2
841
41
scm
surfacestrikingmolecules
MT
(Torr)p105.32
22
n،J،l برای مختلف فشارهای در Nدرکلوین 295دمای
2
•P)mbar( n)m-3( I)M.F.P( J)cm-2 m-1(
103 -1 atm 2.5X10 25 6.6X10-6 2.9X10 23
1 2.5X10 22 6.6X10-3 2.9X10 20
10-3 2.5X10 19 6.6 cm 2.9X10 17
10-6 2.5X10 16 6.6 m 2.9X10 14
10-10 2.5X10 12 660 km 2.9X10 10
Out gassing
مولکول دیواره های
محفظهجذب های مولکولشده
با خأل درون به محفظه داخلی سطح از ها مولکول رهاییافتد می اتفاق مرزی حالت از مولکول جدایی
وشیمیایی فیزیکی جذب
شیمیایی جذب فیزیکی جذب
< جذب فیزیکی جذبشیمیایی
q=15-2 kcal/mol شیمیایی جذب q=2-10 kcal/mol فیزیکی جذب
شیمیایی جذب عمر طول میانگین
را • سطح عمر طول ها مولکول شیمیایی جذب. دهد می کاهش
•KT با برابر اتاق دمای .ev 1/40در باشد می
•=10 -13 exp)q/kT(=10 -13 exp)40q(
De Boerمعادله•
شیمیایی جذب عمر طول میانگین
در • مختلف های انرژی ازای به عمر طول مقادیرکلوین 295دمای درجه
q)eV) 0.2 3x10 -10
0.4 1s
0.6 20 ms
0.9 400 s
1.1 1.2x 10 6 s )=2هفته)
کردن پمپ و گازها
شده • جذب های مولکولشده• رانده های مولکول
•Out gassing
پمپ
گذردهی و گاز جریان
لوله • طول در گاز جریان
P1 A جریان A`
P1>P2
لوله از مقطعی سطح هر در فشار
: کنیم می تعریف زیر صورت به را گذردهی
0PVdt
dVPQ Q است ثابت لوله طول در
Q است ثابت لوله طول در
) (. پایا حالت باشد می ثابت گذردهی � معموال
Q Q Q
Q = P1V`1=P2 V`2=P3V`3
P1P2 P3
V1
V2 V3
) مثال ) گذردهی
وسیله: به زمان واحد در شده جا جابه گاز مقدار گذردهیپمپ:
Q = p)dV/dt( = pS )Torr-liter/s(
Q = P1S1 = P2S2
P2 = 100 P1
pump 25 ℓ/s
pump 1500 ℓ/s
P1
P2
گذردهی و جرمی جریان آهنگ
kT
Qm
dt
dNm
kT
Q
dt
dNkT
PV
dt
dV
kT
P
kT
PVdtd
dt
dN
NkTPV
0
))(())((
جرمی جریان آهنگ
آهنگ: با را اتمسفری هوای پنکه یک داخل 0.9مثال به دقیقه در مکعب متر
حسب بر سیستم فرستد،گذردهی می است؟ mbar.lit/sاتاق چقدر
: 0.9 m3=900 l and V`=900/60=15 l s-1 جواب
Q = PV`=1000x15=15000
سرعتلوله از که وجایی شود می لوله وارد محفظه از گاز که جایی
. گیریم می نظر در را شود می پمپ وارد : واحد در پمپ وسیله به که گازی مقدار پمپ تخلیه سرعت
. شود می خارج زمان : زمان واحد در محفظه از که گازی مقدار محفظه تخلیه سرعت
. شود می خارج
1
0
lsP
QS
PPVdt
dVPQ
dt
dVP
S و S*
SS*
Qپمپ
محفظه
S*<S S/S*=1 آل ایده سیستم
رسانایی
در: گاز از حجمی جایی به جا برای لوله توانایی رسانایی. باشد می دیگر انتهای تا انتها یک از زمان واحد
P1 P2Q
C=Q/)P1-P2)
P1-P2
P1>P2
محفظه تخلیه سرعت
S, P
C
S*, P*Q
محفظهپمپ
Q=SP
Q=C)P-P*(=SP=S*P*
1/s=1/c +1/s*
S=S*[C/)S*+C(]
S, S*, C بین رابطه
پمپ سرعت: رسانایی و پمپ سرعت رابطه
eff
TPEFF CSS
111 Sp
CT SEFF
محفظه: تخلیه موثر سرعت
Sp ) پمپ: ) تخلیه توانایی سرعت
Seff
Ctotal: وپمپ محفظه بین سیستم کل رسانایی
الکتریکی وسیستم خأل سیستم
V1 V2P1 P2
V
باتری = پمپ P V
Q I
P=ZQ
V=RI
P=Q/C
C=1/Z
C=Q/)p1-P2)
P
رسانایی
• : اجزای از گاز عبور سهولت رسانایی)... لوله،شیرو) سیستم
خروجی- دهانه یا لوله شکل و قطر،طول به رسانایی. دارد بستگی
. / - / : لیتر• ثانیه حجم زمان رسانایی واحدسیستم• در کننده محدود عامل یک تواند می رسانایی
. باشد خأل : رسانایی- با سیستمی ( 100مثال / با) پمپی و لیتر ثانیه
تخلیه ( 400سرعت / را ) محفظه تخلیه سرعت لیتر ثانیه.100تا ) / دهیم) می کاهش لیتد ثانیه
S*=400 l/sec, C=100 l/sec S=?
S=S*[C/)S*+C)]
S=400[100/)400+100)]= 80 l/sec
جواب:
رسانایی
خأل رسانایی : اجزای از گاز عبور سهولتی دهانه یا لوله شکل و طول و قطر به رسانایی
. دارد بستگی خروجی
/ / لیتر : ثانیه ، حجم زمان رسانایی واحدسیستم در کننده محدود عاملی تواند می رسانایی
: باشد خألرسانایی : با سیستم / 100مثال با پمپی و متر ثانیه
/ 400سرعت به را تخلیه موثر سرعت ، متر ثانیهاز .100کمتر / دهد می کاهش متر ثانیه=?S*=400 l/sec, C=100 l/sec Sجواب :
S=S*[C/)S*+C)]S=400[100/)400+100)]= 80 l/sec
) ( چسبان ویسکوز و مولکولی رژیم
مولکولی رژیمبرخورد) بدون ها مولکول
) شوند می جا به جا
ویسکوز رژیم
حرکت) اندازه انتقال) ها مولکول بین
رژیم حالت
•: ویسکوز رژیمها مولکول که گاز رژیم نوعی
نزدیک خیلی یکدیگر بهبرخوردهای هستندو
. دارد وجود آن پایداردر -\ نسبتا میانگین آزاد مسیر
. است کوتاهباال- فشار از مایع همانند گاز. دارد جریان پایین فشار به
رژیم حالت
مولکولی :• رژیمحرکت جهت که است گاز رژیم نوعی
. است تصادفی \ کامال ها مولکولالزم) پایین فشار سمت به حرکت
نیست(های - مولکول بین کمی برخوردهای
. دارد وجود محفظه درون-. است طوالنی میانگین آزاد مسیر
) انتقال• ) ناحیه نادسن رژیم- ) های ) رژیم بین گذار انتقال ناحیه
( از بعضی ویسکوز و مولکولی) داراست را رژیم دو هر از خصوصیات
متوسط- خأل رژیم
رژیم گردشی روند
: کمتراز میانگین آزاد مسیر ویسکوز رژیمبعد است. 0.01 مشخصه
(λ)(d)
:) ( میانگین آزاد مسیر گذار انتقال ناحیه
بعد مشخصه.1و 0.01بین است
میانگین آزاد مسیر
بعد مشخصهاز .1بزرگتر است رژیم
مولکولی:
VT
M
P
C
Knudenعدد
Kn>0.01 مولکول برخورد با گاز ویسکوز،حالت حالت. شود می داده تشخیص یکدیگر به گاز های
0.01<Kn>1. انتقال حالت
Kn<1 های مولکول برخورد با گاز مولکولی،حالت رژیم. شود می داده تشخیص دیواره به گاز
/d=1ویسکوز 0.01 رژیم مولکولی رژیم
T.F
( استوانه لوله ویسکوز رژیم در رسانایی) بلند،هوا ای
21038.1 21
42 pp
l
dC
1
2
C/ لیتر= ثانیه
d =متر سانتی حسب بر لوله ابعادp= تور حسب بر ورودی فشار
p =تور حسب بر ورودی فشار1
2
l = متر سانتی حسب بر لوله طول
ویسکوز رژیم رسانایی
را رسانایی لوله قطر کردن برابر دو ویسکوز رژیم شرایط برابر 6تحت . کند می
. دارد ارتباط لوله طول با معکوس طور به رسانایی
( ای استوانه لوله ویسکوز رژیمبلند،نیتروژن(
مثال:
2
3
100
256138 C
21038.1 21
42 pp
l
dC
C=530/ثانیهلیتر
d = 4 متر سانتی P1 = 2 تورl = 100 متر سانتی P2 = 1 تور
مولکولی رژیم در رسانایی
را لوله،رسانندگی قطر کردن برابر مولکولی،دو رژیم شرایط 8تحتکند می برابر
. است مرتبط لوله طول با معکوس طور به رسانایی
( لوله مولکولی رژیم در رسانایی) بلند ای استوانه
sec/81.33
litM
T
l
dC
d =متر سانتی حسب بر لوله قطرl = متر سانتی حسب بر لوله طول
T =کلوین حسب بر دماM= A.M.U ) اتمی) جرم واحد
( لوله مولکولی رژیم در رسانایی) بلند ای استوانه
مثال:
sec/81.33
litM
T
l
dC
T=259 ( کلوین (22درجه گراد سانتی
M=28) نیتروژن)
sec/36.1228
29581.3
33
litl
d
l
dC
رسانایی
سری رسانایی
موازی رسانایی
سری نایی رسا
سیستم
پمپ
C1
C2
RT = R1 + R2
1 = 1 + 1C1 C2CT
1 = C1 + C2
C1 x C2CT
CT = C1 x C2
C1 + C2
پمپ سرعت: رسانایی و پمپ سرعت رابطه
eff
TPEFF CSS
111 Sp
CT SEFF
محفظه: تخلیه موثر سرعت
Sp ) پمپ: ) تخلیه توانایی سرعت
Seff
Ctotal: وپمپ محفظه بین سیستم کل رسانایی
پمپ500 ℓ/s
P1,
P2
لوله اتصاالت رسانایی
S1
S2
21 S
1
C
1
S
1
L
D12C
3
متر D= قطر،سانتیمتر L= طول،سانتیلیتر/ C= رسانایی،ثانیه
ل 1مثا : D = 15 cmL = 20 cmC = 2025 ℓ/sS1= 401 ℓ/s
2مثال : D = 10 cmL = 20 cmC = 600 ℓ/sS1= 273 ℓ/s
C
. . است ارزان لوله است گران پمپ
ومحاسبات نمونه خأل وضعیت
500 l/sec pump + “infinite” conductance
EPS = 500 l/sec
500 l/sec pump + 500 l/sec conductance
1/EPS = 1/500 + 1/500 = 2/500 l/secor EPS = 250 l/sec
two 500 l/sec pumps connected in parallel
EPS = 500 + 500= 1000 l/sec
S1
S2 C
1/S1=1/C+1/S2
ومحاسبات نمونه خأل وضعیت
EPS = 100 l/sec
maximum pressure0.03 torr
محفظه : از تخلیه مؤثر سرعت اگر مثالمحفظه 100 ماکزیمم فشار و ثانیه بر لیتر
چقدر/ 03 گذردهی ماکزیمم باشد توربود؟ خواهد
: جوابگذردهی ,(0.03 torr)(l/sec 100) =ماکزیمم
or 3 torr-liter/second
throughput 3 torr-liter/second
gas flow3 torr-liter/sec
Q=PS
فشار = پمپ xگذردهی تخلیه سرعت
EPS = 250 l/sec
steady-state pressure410-4 torr
0.1 torr-liter/second 250 liter/second
throughput 0.1 torr-liter/second
gas flow0.1 torr-liter/sec
= 410-4 torr
P=Q/S
ومحاسبات نمونه خأل وضعیت
محفظه : از تخلیه ثر مؤ سرعت که کنید فرض مثال250 . / با گازی رژیم اگر باشد لیتر -1/0ثانیه تور
حالت در فشار کنیم تزریق محفظه به ثانیه بر لیتراست؟ چقدر پایدار
جواب:
EPS = 67 l/sec
chamber pressure1.510-6 torr
شیر : یک ی وسیله به مثالمقدار به سوزنی
تزریق محفظه به نیتروژن . اندازه فشار و شود می
برابر شده گیریدر. تخلیه مؤثر سرعت استبر لیتر حسب بر را محفظه
آورید دست به .ثانیه
throughput 810-3 sccm
N2 flow810-3 sccm
نمونه خأل وضعیتومحاسبات
810-3 sccm
1.5 10-6 torr.
ومحاسبات نمونه خأل وضعیت
: جواب810-3 sccm = (8/60)10-3 standard cc/sec
= (8/60)10-6 standard liter/sec = 760(8/60)10-6 torr-liter/sec = 1.01 10-4 torr-liter/sec
We divide by the indicated pressure to get:1.01 10-4 torr-liter/sec 1.5 10-6 torr
pump 2100 ℓ/s
pump 1500 ℓ/s
Chamber 1
gas inlet, N2
1x10-3 torr ℓ/s
connecting tube1 cm inner diameter10 cm length
gas inlet, O2
1x10-4 torr ℓ/s
Chamber 2
تمرین
؟ رسانایی ومینیمم ماکزیمم
نیاز - رسانایی ماکزیمم به موارد اغلب در \ مسلماداریم
است :- رسانایی کردن محدود به نیاز گاهی اماسیستم - به وارد شوک کاهش برای آرام تخلیهسیستم - در مطلوب فشار کنترل برای گلوگاه
مولکولی رژیم در روزنه رسانایی
P1, J1, n1
P2, J2,n2
J1 J2
)(2
)(2
)2(
)(
)(
2121
210
21
PPAm
RTPPA
m
kTQ
mkT
PJ
dt
dNkTQ
AJJdt
dN
Am
RTC
PPAm
RTQ
PPCQ
2
)(2
)(
0
21
21
روزنه یک رسانایی
C0=9.3 D2 l/s -1 ای دایره ی روزنه
پمپ سرعت : ماکزیمم
S*=C inlet=C0= 9.3D2
مولکولی رژیم در روزنه رسانایی
عبور احتمال
WJ1 A
J1
WJ2 A
J2
0210
0
2121
21
21
)(2
)(2
)(2
)(
)(
WCCPPWCQ
AM
RTC
PPAWM
RTPPAW
m
kTQ
AWJJkTQ
kT
AJJW
pipe
ی بلند cمحاسبه های لوله برایمعمولی
) ( بلند های لوله ویسکوز رژیم رسانایی
sec/2
1038.1 214
2 litpp
l
dCL
) بلند ) های لوله مولکولی رژیم در رسانایی
sec/81.33
litM
T
l
dCL
) معمولی ) های لوله مولکولی رژیم در رسانایی
L
Lpipe CC
CCC
0
0
عبور احتمال محاسبات
M
RT
L
dCL
2
6
3
L
Lpipe CC
CCC
0
0
Ld
C
dL
C
CC
CC L
L
Lpipe 3414311
0
0
0WCC pipe dL
W431
1
AM
RTC
20
پمپ تخلیه سرعتدر : • تخلیه وسیله به که گاز از حجمی تخلیه سرعت
شود می خارج زمان واحد: پمپ• داخل فشار در
•S = dV/dt )in lit/sec(, S f)p( ی : • وسیله به سیستم از گاز خروج اهنگ تخلیه سرعت
پمپ / / یا• : لیتر ثانیه ، حجم زمان تخلیه سرعت های واحد
مکعب / فوت دقیقهنیستند• معنی هم رسانایی و تخلیه سرعت
است .- سیستم اجزای خصوصیات از یکی رساناییمربوط - سیستم از عبوری گاز رژیم نوع به تخلیه سرعت
شود می
وسرعت حالت اساسی ی معادلهپمپ
T
T
QSPdt
dPV
dtQSPdtVdP
)(
)}(exp{
)(
0 SVtPP
dtV
S
p
dP
)}(exp{
)(
0 SVtPP
dtV
S
p
dP
S
QP T
u پایا حالت
QT= 0اگر
)ln()( 0 PPSVt
به از فشار رسیدن برای الزم زمان
T
T
QSPdt
dPV
dtQSPdtVdP
)(
P0P
لوله طول در زمان
S
Vτ
e PP
PV
S
t
P
t/τ-0
d
dP
texampleV = 1000 ℓS = 500 ℓ /s = 2 severy 2.3, 10 x pressure drop
از فشار تغییر برای بیشتری زمان واقعی جهان در تور 10چرا است؟ 10به الزم6-7
-
مثال1 :
که تا کشد می طول مدت چه خأل محفظه یک درP0 فشار به 1000از بار برسد؟ 1میلی بار میلی
t= )40/0.5(ln 10 3=552 s= 9 min
حجم: 2 که این برای الزم زمان از 1اگر مکعب متربه 1000فشار بار دقیقه 10میلی برسد بار میلیباشد
است؟ چقدر تخلیه سرعت S=)V/t(ln)P0/P(
S=)1000/300(ln)10 2(=900 lit min -1 =5.4 m3 h-1
میرجلیلی : • غضنفر دکتر جناب مربوطه استاد•: دهندگان ارائه
رکابی فتحی فاطرهرازقی فاطمه
پور محمدی زهراکدیور راضیه
1387بهار