§ 1.5. Атмосферное давление

Атмосферный воздух это основная газовая смесь, с которой приходится иметь дело в вакуумной технике (табл. 1.4). Он состоит в основном из азота, кислорода и паров воды. При 25°С и 50% влажности парциальное давление паров воды составляет 12 гПа.

  В качестве нормальных условий приняты давление 10⁵ Па и t=273 К. При этом, согласно уравнению (1.12), объем, занимаемый 1 кмоль равен 22,4 м³ , При нормальных условиях молекулярная концентрация воздуха n =2,7*1025 м³, При среднеарифметической скорости и а р=400 м/с частота соударений молекул с поверхностью твердого тела N_q =2,7.10 ²⁷ м²'с¹, а объем газа, ударяющийся о поверхность твердого тела, Vq =100 м³ /(см ² ). Большинство составляющих воздуха при нормальных условиях являются газами, В виде пара присутствуют лишь Н₂О, С0₂ И Хе. При Т =77 К, которую имеют поверхности вакуумных ловушек, охлаждаемые жидким азотом, большинство составляющих воздуха переходит в парообразное состояние и лишь Не, Н₂ и Ne остаются газами.  

  Давление атмосферного воздуха зависит от высоты над уровнем моря. При изменении высоты на dz давление изменяется на dp=pgdz, где р плотность газа; p=nт=pт/(kn); ускорение силы тяжести. Разделяя переменные, получим  

После интегрирования имеем

Постоянная интегрирования С при z=0 равна давлению газа р₀, у поверхности Земли, поэтому

Полученное выражение называется формулой Больцмана, из которой следует, что при подъеме на каждые 15 км давление воздуха уменьшается примерно на 1 порядок. На рис. 1.4. показано изменение атмосферного давления на различной высоте от поверхности Земли.