Vakuová fyzika

Sylabus

1. Vývoj a význam fyziky nízkých tlaků Historický vývoj a význam fyziky nízkých tlaků. Definice vakua, obory vakua. Vlastnosti plynů za nižších tlaků, termodynamická rovnováha, empirické stavové rovnice, pojem množství plynu. Směs plynů, parciální tlak.

2. Kinetická teorie plynu Kinetická teorie, pojem molekuly v kinetické teorii, ideální plyn. Maxwell-Boltzmanovo rozdělení rychlostí, střední hodnoty rychlosti a energie molekul. Kinetický výklad tlaku plynu, tlak a koncentrace, stavová rovnice ideálního plynu. Vzájemné srážky molekul, srážková frekvence, střední volná dráha, absorpce svazku částic plynem. Reálné plyny, souhlas s předpoklady modelu ideálního plynu, průměr molekuly.

3. Molekulární a viskosní model plynu Poměr mezi nárazy molekul na stěnu a srážkami molekul mezi sebou, Knudsenovo číslo, viskosní a molekulární popis chování plynu. Přenos molekulární veličiny plynem. Tepelná vodivost plynu, výklad závislosti koeficientu tepelné vodivosti na tlaku plynu, koeficient akomodace. Vnitřní tření v plynu, výklad závislosti viskozity na tlaku plynu. Efuze, tepelná transpirace. Proud plynu, viskózní a molekulární režim proudění. Vakuová vodivost, výpočet vodivosti otvoru a trubky ve viskózním a molekulárním režimu.

4. Interakce plynu s pevnou látkou Srážky molekuly s povrchem, srážková frekvence, difuzní a zrcadlový odraz, adsorpce. Vazební energie adsorpce, doba pobytu molekuly na povrchu, fyzikální adsorpce a chemisorpce. Kinetika sorpce, adsorpční a desorpční proud, rovnovážný stav, adsorpční izoterma. Henryho izoterma, koeficient ulpění, monomolekulární adsorpce. Langmuirova izoterma, polymolekulární adsorpce. Rozpouštění plynu v pevných látkách, difuze plynu v pevných látkách, permeace, vztah mezi rozpustností a difuzním a permeačním koeficientem. Vypařování, kondenzace, tenze par, vypařovací rychlost.

5. Charakteristiky vakuového systému Čerpací rychlost, maximální hodnota čerpací rychlosti. Pokles tlaku ve vakuovém systému při čerpání, časová konstanta vakuového systému. Vakuový systém se zdroji plynu, mezní tlak, podíl jednotlivých zdrojů plynu na mezním tlaku. Vliv sorpce na pokles tlaku při čerpání, odplyňování za zvýšené teploty.

6. Aplikace fyziky nízkých tlaků Fyzikální procesy využívané k získávání a měření vakua. Využití vakua v experimentu a technice. Vakuová zařízení založená na volném pohybu částic (vakuové napařování, přístroje se svazky částic). Vakuová zařízení využívající vakua jako ochranné atmosféry (vakuové metalurgie, příprava čistých a reaktivních látek). Ultravakuová zařízení (studium vlastností povrchů, vakuová zařízení s absencí uhlovodíků).

Anotace

Úvod do studia fyziky nízkých tlaků a vakuové techniky. Základní představy o vakuu, kinetický popis zředěného plynu.

Interakce plynu s povrchem, základy teorie sorpčních procesů; fyzikální principy využívané k získávání a měření vakua.