3.4.1. Давление насыщенных паров

Из уравнения состояния газа (2.60) находим

и, подставив в (3.37), получаем

После интегрирования имеем

откуда (с учетом R0/J= Rтепл) приходим к уравнению

Уравнение (3.41) можно также записать в логарифмической форме:

Это основное уравнение, выражающее зависимость давления насыщенного пара от температуры1) рабочей поверхности Тs; здесь Ап, Вц, Hисп = Wисп/J и р0 постоянные величины, значения которых для разных веществ известны. В табл. 3.9 приведены значения постоянных Ап, Вп и константы скорости испарения Сисп для некоторых химических элементов. В табл. 3.10 приведены значения Ап и Вп для нескольких сортов высоковакуумных масел, а в табл. 3.11 —для ряда органических веществ.

На основе формулы (3.42) можно построить кривые, выражающие давление пара над поверхностью тел в зависимости от температуры испаряющей поверхности Тs. Такие кривые для некоторых веществ, применяемых в технике и технологии высокого вакуума, представлены на фиг. 3.14—3.18. В табл. 3.9 приведены температуры плавления и кипения для различных металлов (и углерода), а также давления паров при температуре плавления.

На основании данных фиг. 3.14 можно заключить, что из металлов, важных для техники и технологии высокого вакуума, наиболее низкое давление паров имеет вольфрам, наиболее высокое— ртуть; из газов (фиг. 3.15) наиболее низкое давление паров у гелия. Для того чтобы давление водяных паров над водой было ниже 10-12 Тор, следует охладить воду (т. е. лед) до 120 К. Над вольфрамовой проволокой при температуре 2600 К (примерно такую температуру имеет раскаленная нить лампы накаливания) давление паров вольфрама составляет ~10-8Тор. Давление паров ртути (табл. 3.12) при комнатной температуре имеет порядок нескольких тысячных тора, а при температуре жидкого азота (~78К) неизмеримо мало.

На фиг. 3.16 представлена для примера зависимость давления паров некоторых органических веществ от температуры. На характер изменения давления паров синтетических материалов, замазок, смазок и масел значительно влияет состав этих материалов, который в свою очередь меняется в зависимости от способа приготовления данного материала, времени, температуры, степени окисления, степени прогрева в вакууме и т. д.

Зависимость давления паров металлических соединений (например, окислов и хлоридов металлов) от температуры имеет такой же характер, как и для металлов (фиг. 3.17). В табл.3.12 представлено давление паров воды (льда) и ртути для некоторых характерных температур.

1)Следует иметь в виду, что температура газа Т не обязательно должна быть равна температуре поверхности Ts, с которой происходит испарение. В данном случае рассматривается замкнутый металлический сосуд и равенство Т = Тs, соблюдается.