Физический класс | Электрический ток в вакууме «
Американский изобретатель Эдисон в 1879 г., экспериментируя с лампой накаливания добавил в нее металлический электрод(анод) и обнаружил, что при нагревании нити накала(катод) до высокой температуры в вакууме образуется электрический ток. Но электрический ток существует, если анод подключен к положительному полюсу источника тока.
Проблема: как объяснить природу тока в вакууме и почему электрический ток в анодной цепи появляется, если на анод подан положительный потенциал.
Вакуум – это такая степень разряжения газа, при которой вероятность столкновения молекул очень мала.
Вакуум не пропускает электрический ток, т.к. нет носителя заряда.
Источником заряженных частиц в вакууме может являться нагретая до высокой температуры металлическая спираль (электрод). При этом вокруг спирали образуется электронное “облачко”.
Явление выхода электронов с поверхности металла при его нагревании называется термоэлектронной эмиссией.
Работу, которую необходимо совершить электрону для вылета из металла в вакуум, называют работой выхода.
– условие, при котором электрон покидает металл.
При подключении электродов двухэлектродной электронной лампы к источнику тока появляется электрическое поле под действием которого электроны покидают электронное облако и движутся к аноду. В электрической цепи устанавливается электрический ток.
Таким образом ток в вакууме осуществляется за счет термоэлектронной эмиссии и представляет собой поток электронов от катода к аноду.
! Если на анод подать отрицательный потенциал, то электрическое поле отталкивает электроны облака назад к аноду. Тока в цепи нет.
Основное свойство вакуумного диода: пропускать ток в одном направлении. Это свойство используется для преобразования переменного тока в постоянный.
Если в аноде электронной лампы сделать отверстие, то часть электронов, ускоренная электрическим полем, пролетит в отверстие, образуя за анодом электронный пучок. Электронным пучком можно управлять, поместив между катодом и анодом дополнительный электрод и изменяя его потенциал.
- Электронный пучок в месте падения нагревает металл. Это свойство используется для электронной плавки сверхчистых металлов в вакууме и для резки металлов электронным лучом.
- Электрическое и магнитное поля оказывают действие на движущиеся электроны, изменяя направление их движения. Это свойство используется для управления электронным пучком в вакуумных приборах.
- При попадании на вещество происходит торможение быстрых электронов, что приводит к возникновению рентгеновского излучения.
- Некоторые вещества (люминофоры) при бомбардировке электронами светятся.
Экспериментальным доказательством является создание приборов, в основе работы которых лежит теория электрического тока в вакууме.
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) является основным элементом осциллографа – прибора для исследования быстропеременных процессов в электрических цепях. Трубка представляет собой вакуумный баллон, одна из стенок которого является экраном. В узкой части трубки находится электронная пушка, состоящая из нити накала, катода и анода в виде цилиндра с отверстием.
Такая конструкция позволяет получить узкий электронный пучок, который на пути к экрану проходит последовательно между двумя парами пластин, расположенных вертикально и горизонтально. При подаче напряжения на пластины пучок отклоняется в электрическом поле, что позволяет перемещать светящуюся точку по экрану в любом направлении.
Электронно-лучевая трубка также используется в телевизионных приемниках и мониторах ЭВМ. В такой ЭЛТ (кинескопе) управление электронным пучком(1) осуществляется магнитным полем катушки(2) на горловине кинескопа(3).
Вакуумный диод, обладая односторонней проводимостью, находит применение в выпрямителях переменного тока.
Вакуумный триод (трехэлектродная электронная лампа) имеет дополнительный электрод – сетку. Изменяя потенциал сетки можно управлять потоком электронов, идущих от катода к аноду, т.е. управлять анодным током в цепи. Используется как усилитель тока в радиоэлектронных устройствах.
Опорный конспект:
Физика, 10 класс
Урок 35. Электрический ток в вакууме и газах
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
1) особенности протекания электрического тока в вакууме и газах;
2) газовый разряд;
3) рекомбинация, ионизация;
4) самостоятельный разряд и несамостоятельный разряды;
5) плазма;
6) зависимость силы тока от напряжения;
7) зависимость силы тока от внешних условий.
Глоссарий по теме:
Термоэлектронная эмиссия – явление испускания электронов нагретыми металлами.
Катодные лучи – это испускаемые катодом потоки электронов, движущиеся в вакууме.
Электрический ток газах или газовый разряд – это процесс прохождения электрического тока через газ.
Ионизация – это распад атомов и молекул на ионы.
Рекомбинация – это образование из ионов нейтральных атомов и молекул.
Самостоятельный разряд – это разряд, происходящий в газе без внешнего ионизатора.
Несамостоятельный разряд – это разряд, происходящий в газе только под влиянием внешнего ионизатора.
Плазма – это частично или полностью ионизированный газ.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
Г.Я. Мякишев., Б.Б.Буховцев., Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 372-375, 380-385.
Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс М.: Дрофа,2009.
Фортов В. Е., Храпак А. Г., Якубов И. Т. Физика неидеальной плазмы. Издательство: Физматлит, 2010 г.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Вакуум является идеальным диэлектриком. Чтобы в вакууме мог проходить электрический ток, в нем необходимо предварительно «создать» некоторую концентрацию свободных носителей заряда, это осуществляется с помощью явления термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия – явление испускания веществом электронов при нагревании. Вакуумные приборы, работа которых основана на явлении термоэлектронной эмиссии, называются электронными лампами (вакуумный диод, электронно-лучевая трубка).
Электрический ток в газах, другими словами газовый разряд, — это совокупность электрических, оптических и тепловых явлений, возникающих при протекании электрического тока через вещество, находящееся в газообразном состоянии. Когда газ находится в своем обычном состоянии, он является диэлектриком. Чтобы протекание тока стало возможным, необходимо создать подходящие для этого условия, т. е. ионизировать газ. Ионизация происходит в результате воздействия:
1) космических лучей;
2) рентгеновского излучения;
3) ультрафиолетового излучения;
4) высокой температуры;
5) электрического поля.
Все газовые разряды делятся на 2 вида:
1) самостоятельные;
2) несамостоятельные.
К самостоятельным относятся: искровой, дуговой, тлеющий и коронный разряды.
Электронно-лучевые трубки находят широкое применение в осциллографах, дисплеях компьютеров, радиолокаторах, медицинской аппаратуре.
Плазма – это частично или полностью ионизированный газ. В целом плазма является электрически нейтральной системой.
Частицы плазмы легко перемещаются под воздействием электрических и магнитных полей. Поэтому любое нарушение электрической нейтральности отдельных областей плазмы быстро ликвидируется, и нейтральность плазмы восстанавливается. Проводимость плазмы увеличивается по мере роста степени её ионизации.
При высоких температурах проводимость полностью ионизированной плазмы приближается к сверхпроводимости.
Примеры и разбор решения заданий:
- Выберите правильный ответ.
Электронная пушка создаёт пучок электронов в стеклянной вакуумной камере. Все электроны, покинувшие катод пушки, ударяются в экран электронно-лучевой трубки. Если увеличить ускоряющее напряжение в пушке в 2 раза, то сила тока, идущего в вакууме через трубку.
Варианты ответов:
- 1 не изменится;
- возрастёт примерно в
раза; - возрастёт примерно в 2 раза;
- возрастёт примерно в 4 раза.
раза;Правильный вариант: 1) не изменится;
Подсказка: вспомните определение тока насыщения в вакууме.
- Решите задачу: «Скорость электрона при выходе с поверхности катода, покрытого оксидом бария, уменьшилась в 2 раза. Работа выхода электрона из оксида бария равна 1,6·10-19 Дж. Найдите скорость электрона до выхода из катода и после выхода из катода».
Решение:
Любой ток появляется только при наличии источника со свободными заряженными частицами. Это связано с тем, что в вакууме отсутствуют какие-либо вещества, в том числе и электрические заряды. Поэтому вакуум считается самым лучшим . Для того, чтобы в нем стало возможным прохождение электрического ток а, нужно обеспечить наличие в достаточном количестве свободных зарядов. В этой статье мы рассмотрим что представляет собой электрический ток в вакууме.
Мы даем напряжение на трансформатор, и лампочка загорается. Для этого необходим один кабель, и для электрической цепи требуются два. В то же время ученые говорят, что кабель, идущий к лампочке, полностью не нагревается. Он не нагревается настолько, что вместо меди или алюминия вы можете использовать любой металл с очень высоким сопротивлением, и он все равно будет холодным. Не только это, вы можете уменьшить толщину провода до толщины человеческого волоса, и все будет работать без проблем и без нагрева шнура.
До сих пор никто не может объяснить это явление передачи энергии одним проводом без каких-либо потерь. В физике есть понятие как физический вакуум. Его не следует путать с техническим вакуумом. Технический вакуум — синоним пустоты. Когда мы удалим все молекулы воздуха из резервуара, мы создадим технический вакуум. Физический вакуум — это нечто совершенно другое, это своего рода аналог всей повсеместной материи или окружающей среды. Все ученые, работающие в этой области, не сомневаются в существовании физического вакуума, потому что его существование подтверждает многие известные факты и явления.
Как электрический ток может появиться в вакууме
Для того, чтобы создать в вакууме полноценный электрический ток, необходимо использовать такое физическое явление, как термоэлектронная эмиссия. Она основана на свойстве какого-либо определенного вещества испускать при нагревании свободные электроны. Такие электроны, выходящие из нагретого тела, получили название термоэлектронов, а все тело целиком называется эмиттером.
Существует спор о наличии в нем энергии. Некоторые говорят о чрезвычайно небольшом количестве энергии, другие говорят о огромном количестве энергии. Физический вакуум не может быть точно определен. Но вы можете дать ей характеристики. Например: физический вакуум — это особая всепроникающая среда, которая формирует пространство Вселенной, создает сущность и время, участвует во многих процессах, обладает огромной энергией, но не видна нам из-за отсутствия соответствующих чувств и поэтому кажется нам пустой.
Следует особо подчеркнуть: физический вакуум — это не пустота, это только кажется. И если мы предположим, что это так, то решение многих головоломок будет довольно простым. Инерция еще не объяснена. Более того, явление инерции противоречит третьему принципу механики: действие равно реакции. По этой причине инерционные силы неоднократно пытались объявить иллюзорные и фиктивные идеи. Но если мы будем сидеть на автобусе из-за сил инерции, и мы заполним опухоль на лбу, то как далеко эта опухоль станет иллюзорной и фиктивной?
Термоэлектронная эмиссия лежит в основе работы вакуумных приборов, более известных, как электронные лампы. В самой простейшей конструкции содержится два электрода. Один из них катод, представляет собой спираль, материалом которой служит молибден или вольфрам. Именно он накаливается электрическим ток ом. Второй электрод называется анодом. Он находится в холодном состоянии, выполняя задачу по сбору термоэлектронов. Как правило, анод изготавливается в форме цилиндра, а внутри его размещается нагреваемый катод.
Фактически, инерция возникает как реакция физического вакуума на наше движение. Когда мы сидим в машине, нажимая на газ, мы начинаем двигаться неравномерно, и благодаря этому движению гравитационного поля нашего тела мы деформируем структуру физического вакуума, которая окружает нас, придавая ей некоторую энергию. И вакуум реагирует на это, создавая силы инерции, которые тянут нас в тыл, чтобы оставаться в состоянии покоя и, таким образом, удалять из него деформацию. Чтобы преодолеть силу инерции, требуется много энергии, что приводит к большому расходу топлива для импульса.
Применение ток а в вакууме
В прошлом веке электронные лампы играли ведущую роль в электронике. И, хотя, их давно уже заменили полупроводниковые приборы, принцип работы этих устройств применяется в электронно-лучевых трубках. Данный принцип используется при сварочных и плавильных работах в вакууме и других областях.
Кроме того, даже движение не влияет на физику вакуума и не создает сил инерции, поэтому расход топлива при равномерном движении ниже. Когда мы начинаем тормозить, мы неравномерно сдвигаемся снова и снова, мы деформируем физику пустот своим неравномерным движением, и она снова реагирует на это создание сил инерции, которые подталкивают нас вперед, чтобы оставаться в состоянии равномерного движения, когда отсутствует деформация вакуума. Но теперь мы не отдаем энергию вакуума, и она возвращает ее нам, и эта энергия выделяется в виде тепла в тормозных губках автомобиля.
Таким образом, одной из разновидностей ток а, является электронный по ток, протекающий в вакууме. При накаливании катода, между ним и анодом появляется электрическое поле. Именно оно придает электронам определенное направление и скорость. По этому принципу работает электронная лампа с двумя электродами (диод), которая широко применяется в радиотехнике и электронике.
Такое равномерно замедленное ускорение автомобиля — не что иное, как единичный маятник с малой частотой и огромной амплитудой по часовой стрелке. В фазе ускорения энергия поступает в вакуум, при замедлении вакуум выделяет энергию. Самое интересное, что вакуум может дать больше энергии, чем он был ранее получен от нас, потому что он имеет огромный запас энергии. В то же время нет нарушения закона сохранения энергии: сколько энергии даст нам вакуум, того же количества энергии, которое мы получим от него.
Но из-за того, что вакуумная физика кажется нам пустой, мы будем думать, что энергия исходит из ничего. И этот факт явного нарушения закона сохранения энергии, когда энергия появляется буквально из ниоткуда, в физике давно известна. Круговое движение также являе
Электрический ток в газах и вакууме
При обычных условиях газы плохие проводники тока. Для повышения проводимости можно газ либо нагреть, либо облучать разного рода лучами: ультрафиолетовыми, рентгеновскими и т.д.
Ток в газах — это направленное движение ионов и свободных электронов, при этом ток в газах называют РАЗРЯДОМ.
Газ, в котором большая часть атомов или молекул, ионизирована, называется ПЛАЗМОЙ.
Различают разряды: ТИХИЙ, ИСКРОВОЙ, ДУГОВОЙ.
Тихий разряд бывает трех видов: НЕСВЕТЯЩИЙСЯ, КИСТЕВОЙ и КОРОННЫЙ.
Некоторые применения коронного разряда в газах:
Коронный разряд применяется для очистки газов от пыли и сопутствующих загрязнений (электростатический фильтр), для диагностики состояния конструкций (позволяет обнаруживать трещины в изделиях).
Коронный разряд применяется в копировальных аппаратах (ксероксах) и лазерных принтерах для заряда светочувствительного барабана, переноса порошка с барабана на бумагу и для снятия остаточного заряда с барабана.
Коронный разряд применяется для определения давления внутри лампы накаливания. Величина разряда зависит от острия и давления газа вокруг него. Острие у всех ламп одного типа — это нить накала. Значит, коронный разряд будет зависеть только от давления. А значит, о давлении газа в лампе можно судить по величине коронного разряда.
Искровой разряд наблюдается в виде искры на электродах.
Дуговой разряд наблюдается между двумя электродами, когда расстояние между ними мало, а пространство заполнено раскаленными газами и парами веществ, из которых состоят электроды. Впервые дугу открыл в 1802 г В.В. Петров, с тех пор дуга называется дугой Петрова.
В вакууме нет носителей электрических зарядов, поэтому при нормальных условиях ток в вакууме не протекает. Но американский ученый Томас Эдисон обнаружил, что если один из электродов в стеклянной колбе нагреть, то возникает ток. При этом было обнаружено, что нагретый катод испускает со своей поверхности электроны. Это явление получило название — ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ.
Простейший электровакуумный прибор —ДИОД.
Диод состоит из стеклянного баллона, в котором находятся катод и анод. Анод изготовлен из металлической пластины, а катод из тонкой проволоки, свернутой в спираль, которую принято называть НИТЬЮ НАКАЛА лампы.
ОСНОВНОЕ СВОЙСТВО ДИОДА — односторонняя проводимость, т.е. только при правильном подключении ток будет проходить.
ТРИОД — электровакуумный прибор, который состоит из стеклянного баллона, в котором находятся три электрода: анод, катод и сетка. При помощи сетки, подавая тот или иной потенциал на нее, можно регулировать поток электронов.
Действительно, если на сетку подать положительный потенциал относительно катода, то большая часть электронов пройдет к аноду. Если же на сетку подать отрицательный относительно катода потенциал, то электрическое поле между сеткой и катодом будет препятствовать прохождению электронов. Т.о. изменяя напряжение между сеткой и катодом можно регулировать силу тока в цепи анода.
К.Ю.Богданов. §45 учебника ФИЗИКА-10
§ 45. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ. ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ.
Возможность управлять движением заряженных частиц в вакууме с помощью внешних электрических и магнитных полей служит основой для работы электронно-лучевых трубок и других электровакуумных приборов.
Вакуумом называют разряженный газ, концентрация молекул в котором так мала, что они не сталкиваются друг с другом. Поэтому вакуум является идеальным изолятором. Однако, если внести в вакуум свободные заряженные частицы, например, электроны, то он становится проводником тока. При этом движением свободных зарядов в вакууме легко управлять, т.к. они не сталкиваются с молекулами разряженного газа. Приборы, в которых электрический ток проходит через вакуум, называют электровакуумными.
Источником заряженных частиц для вакуума может быть поверхность металла, нагретого до высоких температур (1500-2500 оС). При таких температурах часть свободных электронов металла обладает энергией, достаточной для того, чтобы разорвать все имеющиеся связи и покинуть поверхность металла. Это явление, напоминающее испарение молекул с поверхности жидкости, называют термоэлектронной эмиссий.
Простейшим электровакуумным прибором является вакуумный диод — устройство, пропускающее ток только в одном направлении. Обычно, вакуумный диод – это стеклянная лампа (1), внутри которой создан вакуум (рис. 45а) и находятся вольфрамовая нить (2, катод) и металлический цилиндр (3, анод). Чтобы нагреть вольфрамовую нить диода, через неё пропускают ток, и в результате термоэлектронной эмиссии рядом с раскалённой нитью появляется облако электронов. Поэтому, если диод подключить к источнику тока, соединив нить (2) с его отрицательным полюсом, а цилиндр (3) – с положительным (рис. 45а), то электроны из облака вокруг нити будут двигаться к цилиндру, и через диод пойдёт ток. Противоположное подключение – нить к плюсу источника тока, а цилиндр – к его минусу, не вызовет тока, т.к. поле внутри диода будет отталкивать электроны от цилиндра. Таким образом, в вакуумном диоде электроны могут двигаться только в одном направлении – от горячего катода к холодному аноду. Вакуумные диоды используются для преобразования переменного тока в постоянный.
Электрическое поле может не только вызывать движение заряженных частиц в вакууме, как это происходит в диоде, но и изменять траекторию этого движения. На рис. 45б показано, как изменяется, загибаясь вправо, траектория движения электрона пролетающего между пластинами заряженного плоского конденсатора. Таким образом, пролетая между пластинами конденсаторов, электроны могут менять свои траектории в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Так как электроны в вакууме не испытывают никаких столкновений, их скорость в электровакуумных приборах может достигать очень больших значений. Легко посчитать, что в вакуумном диоде, между анодом и катодом которого приложено напряжение 100 В, электроны разгоняются до 6.106 м/с, что в миллиарды раз больше, чем скорость их упорядоченного движения в металлах. При торможении электронов их кинетическая энергия может переходить в энергию излучения (например, рентгеновского), тепловую и другие формы энергии.
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), или кинескоп является самым важным элементом в большинстве телевизоров и компьютерных мониторов. ЭЛТ состоит из стеклянной колбы (1, на рис. 45в), внутри которой находится вакуум. Один из концов колбы узкий и длинный, а другой — широкий и достаточно плоский — экран (2). Внутренняя стеклянная поверхность экрана покрыта люминофором, веществом, которое при бомбардировке электронами испускает свет. В качестве люминофоров для цветных ЭЛТ используются довольно сложные составы на основе редкоземельных металлов — иттрия, эрбия и т. п. Для создания изображения в ЭЛТ используется электронная пушка, из катода (3) которой под действием сильного электростатического поля исходит поток (луч) электронов (4). Отклонение электронного луча в вертикальной и горизонтальной плоскости, а также его фокусировка происходит посредством специальной отклоняющей системы (5), создающей необходимую комбинацию электрических и магнитных полей.
Вопросы для повторения:
· Какой газ называют вакуумом?
· Что такое термоэлектронная эмиссия?
· Почему вакуумный диод пропускает ток только в одном направлении?
· Объясните принципы работы ЭЛТ?
Рис. 45. (а) – вакуумный диод и схема его подключения: 1 - стеклянная колба, 2 – вольфрамовая нить, 3 — анод; (б) –изменение траектории электрона между пластинами плоского конденсатора; (в) – конструкция электронно-лучевой трубки: 1 – стеклянная колба, 2 – экран, 3 – катод, 4 – электронный луч, 5 – система отклонения и фокусировки луча.
Вакуум и измерение расхода
Для стандартного или нормального давления обычно измеряют расход в
- стандартных кубических футов в минуту — scfm — имперских единиц
- нормальных метрических литров в секунду — нл / с — метрических единиц
В вакууме воздух или газ расширяются, и обычно используется
- фактических кубических футов в минуту — акфм — имперские единицы
- фактических метрических литров в секунду — аль / с — метрических единиц
Поскольку газ расширяется, фактический объемный поток превышает стандартного объемного потока для того же количества газа.
Объем потока может быть преобразован из стандартного объемного потока в фактический объемный поток выражением:
q a = q s (29,92 / p) ((t + 460) / 520 ) (1)
, где
q a = фактический объемный расход (acfm)
q s = стандартный объемный расход (scfm)
p = фактическое давление (в Hg)
т = температура ( o F)
Для полного стола — повернуть экран!
| Коэффициент преобразования от scfm до acfm (или нл / с до al / s ) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Давление | Температура ( o F) | |||||||
| в Hg абсолютный | в Hg датчик | кПа абсолютный | 0 | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 |
| 0,00 | 101,42 | 0,88 | 0,94 | 1,00 | 1,06 | 1,12 | 1,17 | |
| 28,92 | 1,00 | 98,03 | 0,92 | 0,97 | 1,03 | 1,09 | 1,15 | 1,21 |
| 27,92 | 2,00 | 94,64 | 0,95 | 1,01 | 1,07 | 1,13 | 1.20 | 1,26 |
| 26,92 | 3,00 | 91,25 | 0,98 | 1,05 | 1,11 | 1,18 | 1,24 | 1,30 |
| 25,92 | 4,00 | 87,86 | 1,02 | 1,09 | 1,15 | 1,22 | 1,29 | 1,35 |
| 24,92 | 5,00 | 84,47 | 1,06 | 1.13 | 1,20 | 1,27 | 1,34 | 1,41 |
| 23,92 | 6,00 | 81,08 | 1,11 | 1,18 | 1,25 | 1,32 | 1,40 | 1,47 |
| 22,92 | 7.00 | 77,69 | 1,15 | 1,23 | 1,31 | 1,38 | 1,46 | 1,53 |
| 21,92 | 8.00 | 74,31 | 1,21 | 1,29 | 1,36 | 1,44 | 1,52 | 1,60 |
| 20,92 | 9,00 | 70,92 | 1,27 | 1,35 | 1,43 | 1,51 | 1,60 | 1,68 |
| 19,92 | 10,00 | 67,53 | 1,33 | 1,42 | 1,50 | 1,59 | 1,68 | 1.76 |
| 18,92 | 11,00 | 64,14 | 1,40 | 1,49 | 1,58 | 1,67 | 1,76 | 1,86 |
| 17,92 | 12.00 | 60,75 | 1,48 | 1,57 | 1,67 | 1,77 | 1,86 | 1,96 |
| 16,92 | 13,00 | 57,36 | 1,56 | 1,67 | 1.77 | 1,87 | 1,97 | 2,07 |
| 15,92 | 14.00 | 53,97 | 1,66 | 1,77 | 1,88 | 1,99 | 2,10 | 2,20 |
| 14,92 | 15.00 | 50.58 | 1,77 | 1,89 | 2,01 | 2,12 | 2,24 | 2,35 |
| 13,92 | 16,00 | 47.19 | 1,90 | 2,03 | 2,15 | 2,27 | 2,40 | 2,52 |
| 12,92 | 17.00 | 43,80 | 2,05 | 2,18 | 2,32 | 2,45 | 2,58 | 2,72 |
| 11,92 | 18,00 | 40,41 | 2,22 | 2,37 | 2,51 | 2,65 | 2,80 | 2,94 |
| 10.92 | 19.00 | 37,02 | 2,42 | 2,58 | 2,74 | 2,90 | 3,06 | 3,21 |
| 9,92 | 20,00 | 33,63 | 2,67 | 2,84 | 3,02 | 3,19 | 3.36 | 3.54 |
| 8.92 | 21.00 | 30.24 | 2.97 | 3.16 | 3.35 | 3.55 | 3.74 | 3,93 |
| 7,92 | 22,00 | 26,85 | 3,34 | 3,56 | 3,78 | 4,00 | 4,21 | 4,43 |
| 6,92 | 23,00 | 23,46 | 3,82 | 4,07 | 4.32 | 4.57 | 4.82 | 5.07 |
| 5.92 | 24.00 | 20.07 | 4.47 | 4.76 | 5,05 | 5,35 | 5,64 | 5,93 |
| 4,92 | 25,00 | 16,68 | 5,38 | 5,73 | 6,08 | 6,43 | 6,78 | 7,13 |
| 3,92 | 26.00 | 13.29 | 6.75 | 7.19 | 7.63 | 8.07 | 8.51 | 8.95 |
| 2.92 | 27.00 | 9,90 | 9,06 | 9,66 | 10,25 | 10,84 | 11,43 | 12,02 |
| 1,92 | 28,00 | 6,51 | 13,79 | 14,68 | 15,58 | 16,48 | 17,38 | 18,28 |
| 0,92 | 29,00 | 3,12 | 28,77 | 30,65 | 32,52 | 34,40 | 36.27 | 38,15 |
| 0,82 | 29,10 | 2,78 | 32,28 | 34,38 | 36,49 | 38,59 | 40,70 | 42,80 |
| 0,72 | 29,20 | 2,44 | 36,76 | 39.16 | 41,56 | 43,95 | 46,35 | 48,75 |
| 0,62 | 29,30 | 2,10 | 42.69 | 45,47 | 48,26 | 51,04 | 53,83 | 56,61 |
| 0,52 | 29,40 | 1,76 | 50,90 | 54,22 | 57,54 | 60,86 | 64,18 | 67,50 |
| 0,42 | 29.50 | 1.42 | 63.02 | 67.13 | 71.24 | 75.35 | 79.46 | 83.57 |
| 0.32 | 29,60 | 1,08 | 82,71 | 88,11 | 93,50 | 98,89 | 104,29 | 109,68 |
| 0,22 | 29,70 | 0,75 | 120,31 | 128,15 | 136,00 | 143,85 | 151.69 | 159.54 |
| 0,12 | 29.80 | 0,41 | 220,56 | 234,95 | 249,33 | 263.72 | 278,10 | 292,49 |
Типы потока
Можно использовать отношение длины свободного пробега к диаметру канала потока. описать типы потока. Это соотношение называется числом Кнудсена:
\ [\ mathit {Kn} = \ frac {\ bar l} d \]
Формула 1-13: число Кнудсена
| $ \ bar l $ | Средний свободный путь | [м] |
| $ d | Диаметр проточного канала | [м] |
| $ \ mathit {Kn} $ | Кнудсен № | безразмерный |
Значение числа Кнудсена характеризует тип потока газа и присваивает это к определенному диапазону давления.Таблица 1.7 дает обзор различных типов потока в вакуумной технике и их Значимые параметры характеристики.
Профили различных типов режимов потока показаны на рисунке 1.6.
Рисунок 1.6: Профили различных типов режимов потока
Вязкое течение в низком вакууме
В вязком потоке, также известном как непрерывный поток, часто столкновения между молекулами газа, но реже со стенками судно.В этом случае длина свободного пробега молекул газа значительно короче, чем размеры канала потока.
В случае вязкого потока проводится различие между ламинарным и турбулентный поток. В ламинарном или слоистом потоке частицы газа остаются в одинаковые смещенные слои, которые постоянно параллельны друг другу. Если поток скорость увеличивается, эти слои разбиваются и частицы жидкости бегут друг в друга совершенно беспорядочно. Это называется турбулентным потоком.Граница между этими двумя областями вязкого потока может быть выражена Число Рейнольдса:
\ [\ RE = \ frac {\ rho \ cdot \ nu \ cdot l} \ eta \]
Формула 1-14: число Рейнольдса
| $ \ RE $ | Рейнольдс номер | безразмерный |
| $ \ rho $ | Плотность жидкости | [кг м -3 ] |
| $ \ nu $ | Средняя скорость потока | [м с -1 ] |
| $ l $ | Характеристическая длина | [м] |
| $ \ eta $ | Динамическая вязкость | [Па с] |
До значений Re <2300 поток будет ламинарным, а где Re
> 4000 поток будет турбулентным.В диапазоне от 2300 Турбулентный поток в вакууме возникает только во время операций откачки из
атмосферное давление или при быстрой вентиляции. В вакуумных системах,
трубы рассчитаны таким образом, что турбулентный поток возникает только
кратко при относительно высоких давлениях, так как возникает высокое сопротивление потоку
в этом процессе необходимо, чтобы используемые насосы производили больший объемный расход
ставки. Если число Кнудсена находится в диапазоне от 0,01 до 0,5, это называется Кнудсен
течь. Поскольку многие технологические давления находятся в диапазоне среднего вакуума, этот тип
потока происходит с соответствующей частотой. При числах Кнудсена молекулярного взаимодействия $ \ mathit {Kn} $> 0.5 практически
больше не происходит. Преобладает молекулярный поток. В этом случае среднее бесплатное
путь значительно больше диаметра проточного канала.В
молекулярный поток, произведение давления на диаметр компонента
приблизительно ≤ 1,3 · 10 -2 гПа см. График, показывающий обзор диапазонов расхода в зависимости от продукта
давления и диаметра компонента показан на рисунке 1.7. Рисунок 1.7: Диапазоны расхода в вакууме как функция p
· Д Этот график ясно показывает, что классификация, также найденная в Таблице 1.7, в диапазонах вакуума чисто в соответствии с
давление является недопустимым упрощением.Поскольку эта классификация еще
однако в общем использовании это цитируется здесь. Таблица 1.7: Обзор типов режимов потока Вообще говоря, вакуумные камеры соединены с вакуумным насосом через трубопровод.
Сопротивление потоку возникает в результате внешнего трения между молекулами газа
и поверхность стенки и внутреннее трение между молекулами газа
сами по себе (вязкость). Это сопротивление потоку проявляется в виде
перепады давления и объемный расход, или скорость откачки, потери. В вакууме
технология, обычно используется обратная, проводимость трубопровода
$ L $ или $ C $ (проводимость) вместо сопротивления потоку $ W $.Проводимость имеет
размер объемного расхода и обычно выражается в [l s -1 ]
или [м 3 ч -1 ]. Газ, протекающий через трубопровод, создает перепад давления $ \ Delta p $
на концах трубопровода. Применяется следующее уравнение: \ [C = \ frac lW = \ frac {q_ {pV}} {\ Delta p} \] Формула 1-18: Определение проводимости Этот принцип формально аналогичен закону Ома
Электротехника: \ [R = \ frac UI \ mbox {or} \ frac 1R = \ frac IU \] Формула 1-19: закон Ома В формальном сравнении формулы 1-18 с формулой 1-19 $ q_ {pV} $ представляет поток $ I $, $ C $
Обратная величина сопротивления $ 1 / R $ и $ \ Delta p $ напряжению $ U $.Если
компоненты соединены параллельно, отдельные проводимости добавляются: \ [C_ \ mbox {ges} = C_1 + C_2 + \ dots + C_n \] Формула 1-20: Проводимость параллельного соединения и при последовательном соединении сопротивления, т.е. е.
взаимные, сложены вместе: \ [\ frac 1 {C_ \ mbox {ges}} = \ frac 1 {C_1} + \ frac
1 {C_2} + \ dots + \ frac 1 {C_n} \] Формула 1-21: Последовательность соединений Проводимость труб и отводов будет отличаться в зависимости от потока
режимы.В вязком потоке они пропорциональны среднему давлению $ \ bar p $
и в молекулярном потоке они не зависят от давления. Поток Кнудсена
представляет собой переход между двумя типами потока, и проводимости
варьируется в зависимости от числа Кнудсена. Рисунок 1.8: Проводимость гладкой круглой трубы как функция
среднего давления в трубе Простое приближение для диапазона Кнудсена можно получить, добавив
ламинарная и молекулярная проводимость.Мы бы направили вас к специальным
литература для точных расчетов проводимости еще в ламинарном потоке
диапазон и уже в диапазоне молекулярного потока, а также проводимости
расчеты с учетом неоднородностей на входе в трубу. Эта публикация ограничивается рассмотрением
проводимости отверстий и длинных круглых труб для ламинарных и молекулярных
диапазоны расхода. Диафрагмы часто являются сопротивлением потоку в вакуумных системах. Примеры
это сужения в сечении клапанов, вентиляционных устройств или
отверстия в измерительных куполах для измерения скорости накачки.В отверстиях труб
в стенках сосуда также следует принимать сопротивление отверстия входного отверстия
в дополнение к сопротивлению трубы. Давайте рассмотрим вентиляцию вакуумной камеры. Когда вентиляционный клапан
открыт, окружающий воздух поступает в сосуд с высокой скоростью при давлении
п. Скорость потока достигает не более скорости звука. Если газ имеет
достигнута скорость звука, максимальная пропускная способность газа также была достигнута при
который судно может быть вентилировано.2 \ cdot p_a \] Формула 1-22: Блокировка отверстия [11] Если давление в сосуде поднимается выше критического, газ
поток уменьшается, и мы можем использовать газодинамические законы в соответствии с Бернулли и
Пуазей, чтобы рассчитать это.Погружной поток газа $ q_ {pV} $ и
проводимость зависит от Если отверстие соединяет два сосуда, в которых условия молекулярного потока
существовать (я.е. если длина свободного пробега значительно больше диаметра
судна), следующее количество будет применяться для количества вытесненного газа $ q_ {pV} $
за единицу времени \ [q_ {pV} = A \ cdot \ frac {\ bar c} 4 \ cdot (p_1-p_2) \] Формула 1-23: Поток диафрагмы Согласно формуле 1-23 применяется следующее
проводимость отверстия \ [C_ \ mathrm {or, \, mol} = A \ cdot \ frac {\ bar
c} 4 = A \ cdot \ sqrt {\ frac {kT} {2 \ pi m_0}} \] Формула 1-24: Диафрагма проводимости Для воздуха с температурой 293 К получаем \ [C_ \ mathrm {or, \, mol} = 11.6 \ cdot A \] Формула 1-25: Диафрагма проводимости для воздуха Эта формула может быть использована для определения максимально возможной скорости накачки
вакуумный насос с впускным отверстием A .4} л \ CDOT \ бар
р \] Формула 1-27: Проводимость трубы в ламинарном потоке для воздуха В режиме молекулярного потока проводимость постоянна и не является
функция давления.Это можно считать продуктом отверстия
проводимость отверстия трубы $ C_ \ mathrm {pipe, \, mol} $ и прохода
вероятность $ P_ \ mathrm {pipe, \, mol} $ через компонент: \ [C_ \ mathrm {pipe, \, mol} = C_ \ mathrm {отверстие, \, mol} \ cdot
P_ \ mathrm {pipe, \, mol} \] Формула 1-28: Поток молекулярной трубы Средняя вероятность $ P_ \ mathrm {pipe, \, mol} $ может быть рассчитана с помощью
компьютерная программа для различных профилей труб, изгибов или клапанов с использованием Monte
Карло симуляция.В связи с этим траектории движения отдельных газов
Молекулы через компонент можно отслеживать на основе стены
столкновения. Для длинных круглых труб применяется следующее: \ [P_ \ mathrm {pipe, \, mol} = \ frac 43 \ cdot \ frac dl \] Формула 1-29: Вероятность прохождения для длинных круглых труб Если мы умножим это значение на проводимость отверстия (формула
1-24) получаем \ [C_ \ mathrm {pipe, \, mol} = \ frac {\ bar c \ cdot \ pi \ cdot
d ^ 3} {12 \ cdot l} \] Формула 1-30: Молекулярная труба проводимости Для воздуха при 20 ° C получаем \ [C_ \ mathrm {pipe, \, mol} = 12.3} l \] Формула 1-31: Молекулярная труба проводимости Техники пожарной сигнализации являются необходимыми работниками: пожары все еще происходят, системы пожарной сигнализации все еще выходят из строя. Независимо от того, насколько серьезна пандемия, мы все равно должны продолжать совершенствовать свои навыки, чтобы продолжать ремонт систем пожарной сигнализации. Отправьте мне свои вопросы, я сделаю все возможное, чтобы помочь. поток Кнудсена в среднем вакууме
Молекулярный поток в высоком и сверхвысоком вакууме
Вязкий поток Кнудсен поток Молекулярный поток Низкий вакуум Средний вакуум Высокий / Сверхвысокий вакуум Диапазон давления [гПа] 103… 1 1… 10-3 <10-3 м.д.<10-7 Диапазон давления [Па] 105… 10 2 102… 10 -1 <10-1 м.д. <10-5 Кнудсен № Kn <0,01 0,01 < Kn <0,5 Kn > 0,5 Рейнольдс номер Re <2300: ламинарный
Re> 4000: турбулентный п · д [гПа см] р · д> 0.6 0,6> р · д> 0,01 р · д <0,01 Проводимость
Дроссельный поток
$ d $ Диаметр отверстия [см] $ p_a $ Внешнее давление на сосуд [гПа] Газодинамический поток
Молекулярный поток [13]
$ Поперечное сечение отверстия [см 2 ] $ \ bar c $ Средняя тепловая скорость [м -1 ] $ Поперечное сечение отверстия [см 2 ] $ C $ Проводимость [л с -1 ] $ l $ Длина трубы [см] $ d $ Диаметр трубы [см] $ \ bar p $ Давление [Па] $ C $ Проводимость [л с -1 ]
, $ l $ Длина трубы [см] $ d $ Диаметр трубы [см] $ C $ Проводимость [л с -1 ] Уголок техника Дугласа Кранца
Продолжайте узнавать о системах пожарной сигнализации во время COVID-19 Узнайте о системах пожарной сигнализации
Изучение систем пожарной сигнализации — процесс, требующий терпения и работы. Адресные системы пожарной сигнализации
Адресуемые системы пожарной сигнализации — это действительно обычные системы пожарной сигнализации с дополнительным методом электронной связи. Прежде чем понять адресную систему пожарной сигнализации, человек должен полностью понять обычные системы пожарной сигнализации. Обычные системы пожарной сигнализации
Обычные системы пожарной сигнализации обнаруживают пожар и предупреждают людей о пожаре. Между обнаружением и предупреждением находится электронная система связи с дополнительными гарантиями защиты жизни и имущества.Прежде чем разбираться в традиционных системах пожарной сигнализации, необходимо понять основы электричества. Основные Электричество
Чтобы понять обычную систему пожарной сигнализации, человек должен понимать основную электроэнергию. Нет, полное понимание электричества не требуется, но знание основных принципов электричества постоянного тока (постоянного тока) наряду с знанием закона Ома необходимо, чтобы понять, как на самом деле работает система пожарной сигнализации. Безопасность жизнедеятельности
Спасение жизней и имущества является конечной целью системы пожарной сигнализации.Много было сделано для разработки системы пожарной сигнализации в целях безопасности жизни. Дизайн электроники системы пожарной сигнализации был модернизирован, поэтому она будет лучше спасать жизни и имущество. Немного обучения за раз
Не пытайтесь выучить все сразу, намного легче учиться понемногу. Через некоторое время, выучив много маленьких деталей, эти маленькие кусочки будут складываться, чтобы лучше понять всю систему безопасности жизни / электрическую пожарную сигнализацию. Вопросы
Я могу помочь со многими вопросами о системах пожарной сигнализации. Общие вопросы, я, конечно, могу ответить; Я могу только немного помочь для конкретных работ, потому что я не там.
Поделись этим с друзьями: 
,