真空中的气体在压力进入分子流范围后其性质与理想气体相同,下面我们就来说一说关于理想气体状态模型?我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!

理想气体状态模型(真空气体理论)

理想气体状态模型

真空中的气体在压力进入分子流范围后其性质与理想气体相同。

一、理想气体定理

1.气体符合理想气体假定的条件

1)气体分子运动为各方向任意运动;

2)气体分子之间无相互作用力;

3)气体分子相遇时为弹性碰撞,碰撞作用遵循动能守恒与动量守恒定律;

4)气体分子的总体积较容器体积小到可以忽略不计;

5)气体分子运动遵循分子动力学。

2.理想气体定理

p= nkT,其中p为压力,n为气体分子密度,T为绝对温度(K),k为玻尔兹曼常数= 1.381*10-23J/K。

pV=Nm RT,其中R为气体常数=8.32焦耳/摩尔,V为体积,Nm 为N个气体分子的摩尔数。

二、 波意耳定理

波意耳定理为在一定温度下气体的压力与体积间的关系,简言之当温度固定时气体的压力与体积的乘积为一常数,即pV=常数。

1.波意耳定理公式:

p0 V0= pf Vf,其中p0、V0,pf、Vf分别代表最初与最终的压力与体积。

2.波意耳定理的限制

波意耳定理除假定温度为常数外此定理并不适用于蒸气,因蒸气加压后会有凝结成液体或固体的现象,故蒸气的体积在压力未达到饱和蒸气压前遵循波意耳定理,但在压力已达到饱和蒸气压时蒸气的体积突然减小,这与上述公式相差较大,故在实际运用时应注意系统中有无蒸气存在。

三、真空技术的基本量

真空技术基本量包括压力、抽气速率、气流通量、气导与阻抗、抽真空时间、漏气率、放气率及单分子附着时间。

1.抽气速率

真空系统习惯上用抽气速率来表示在系统中某一断面或真空泵单位时间抽气的量。

(1)泵的抽气速率:在真空泵的进气口每单位时间抽入泵的气体的体积;

(2)真空系统的抽气速率:在真空系统中某一断面每单位时间通过气体的体积;

(3)真空泵的抽气速率:真空泵的抽气速率多随压力变化,泵的构造原理不同抽气速率对压力的变化呈现不同的曲线,一般真空泵标准抽气速率为平均抽气速率即:S=V/t。

2.气流通量

气流通量定义:单位时间内流通真空系统中某一断面的气体分子数称为气流通量。

公式:Q=p(dV/dt)=pS,其中Q为气流通量,p为压力,V为体积,S为抽气速率,t为时间。单位:毫巴·公升/秒,国际单位为帕·立方米/秒。

在一稳定的真空系统中,假定并无漏气或器壁不释放气体,则气流通量为一常数,即在真空系统中A点的气流通量QA与B点的气流通量QB相等,此种性质又称为气流通量的连续性。

3.气导与阻抗

(1)真空导管的气导

在真空系统的导管中,通过该管路某一段1与2之间的气流通量与该管路两端压力之比为该管路的气导。

气导公式:C=Q/(p1-p2),其中C为气导,Q为气流通量,p1与p2为管路两端的压力。单位:公升/秒或立方厘米/秒。

(2)真空管路的气流阻抗

在真空系统的管路中,气流通过该管路某一段1与2之间的阻碍的程度以阻抗来表示。阻抗即为气导的倒数,即R=1/C,其中C为气导,R为阻抗,其单位为:秒/公升或秒/立方厘米。

4.抽真空时间

真空系统的抽真空时间为决定操作真空系统的主要参数,通常为评估真空系统从启动到实际运作所需的时间。

抽真空时间定义:真空系统从初压力p0抽真空到最终压力pf所经过时间被定义为抽真空时间。

5.漏气率

漏气率为单位时间内由真空系统外部漏入系统中气体的量,其单位为毫巴·公升/秒或Pa· m3 /s 。

6.放气率

放气率为单位时间内由真空系统内部的表面上释放出气体的量,其单位为毫巴·公升/秒或托尔·公升/秒。

7.单分子附着时间

在洁净固体表面上附着一分子厚度的气体分子所需的时间称为单分子附着时间。

四、真空系统的特性

1、高度洁净

2、节省能源

真空为最佳的热绝缘体与电绝缘体,故可减少或隔断能量的传递。真空中压力很低,所以物质很容易蒸发,利用真空蒸发或纯化物质可减低或不用加热过程或有些为直接作用过程可不用化学程序,故可以节省能源。

3、材料在真空中性质与在大气中不同

材料在真空中会蒸发,分解甚至聚合,尤其有外加的因素如有带能量的电子、离子或光子的存在常会使材料变质。此情形通常在大气中并未或不易发生,故材料在真空中的性质与在大气中不同。

五、真空应用

应用真空的基本原理可分为以下四个部分:

1.利用压力差

包含起重,输送,固定,传递,成型及改变状态等。

2.减少活性气体

包括有降低氧化,防腐,防菌,纯化及保鲜等。

3.减少气体碰撞

科学研究及工业制造等有自由电子,离子,原子束,分子束等过程均需要利用真空减少气体碰撞。各类粒子加速器,电子显微镜,质谱仪等均要求高真空即减少气体对此自由飞行粒子的碰撞。

4.增长单分子附着时间

利用超高真空可增长单分子气体附着时间数分钟或几小时,故可清晰研究固体真正的表面,及在制作中可消除气体杂质保持高度洁净。

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