§ 2.3.1. Конденсация и испарение

Вещества в зависимости от температуры и давления могут находиться в различных агрегатных состояниях. Для вакуумной техники наибольший интерес представляет область низких давлений, в которой возможны процессы перехода из парообразного состояния в жидкое (конденсация) и обратный процесс (испарение), из парообразного состояния в твердое (десублимация) и обратный процесс (сублимация).

Кривую abc на рис. 2.4, определяющую давление насыщенного пара при давлениях, меньших 100 Па, можно описать приближенным уравнением

где р_т — давление насыщенного пара при температуре Т; М и N — константы, зависящие от рода вещества (табл. 2.5).

Более точные значения давления насыщенных паров различных веществ, определенные экспериментально, показаны на рис. 2.5.

Давления насыщенных паров различных органических и полимерных материалов, часто применяемых в вакуумной технике в качестве уплотнителя, при комнатной температуре приведены в табл. 2.6.

Давление насыщенных паров сплавов приближенно определяется законом Руля

где Р_а — давление насыщенных паров вещества A; p_As — давление насыщенных паров вещества А, являющегося растворителем вещества В; п_А и п_в — количество молей веществ А и В в растворе.

Содержание вещества А в растворе можно выразить в весовых процентах:

где М_а и M_b — молярные массы веществ А и В.

На рис. 2.6 показана в качестве примера температурная зависимость давления паров цинка для сплава цинка с медью при различных значениях молярной доли меди ХСu- Как видно из рисунка, при постоянной температуре увеличение молярной доли меди в сплаве существенно снижает давление паров цинка.

Массовый поток газа, падающий на единицу поверхности в единицу времени, равен произведению N_q из (1.13) на массу молекулы газа и может быть представлен в виде

где р_r и T_r — давление, Па, и температура газа, К; G выражается в кг/(м²-с), если молекулярная масса М — в кг/кмоль, a R=8,31 -10³ Дж/(кмоль-К). Скорость конденсации

где y — вероятность конденсации молекулы газа, взаимодействующей с поверхностью твердого тела.

Если известна теплота адсорбции фа молекулы на поверхности твердого тела, то коэффициент у можно определить как долю молекул, энергии которых меньше фа. Воспользовавшись интегральным распределением молекул по энергиям (1.21), запишем выражение для вероятности конденсации:

где х=ф_а/(kT). Значения у(х) можно определить по табл. 1.3, воспользовавшись равенством y(x)—F(x).