Fathi Mohamadipoor

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