§ 2.3.2. Динамическое равновесие процессов конденсации и испарения

При давлении насыщенного пара на поверхности существует динамическое равновесие процессов конденсации и испарения. Скорости конденсации G_R и испарения G_H вещества при этом одинаковы, что позволяет определить скорость испарения:

где р_т — давление насыщенного пара при температуре Т. Скорость массообмена на поверхности

При р>Р_т происходит осаждение, а при р<С_рт — удаление вещества с поверхности тела.

Процессы сублимации — десублимации описываются такими же выражениями.

В табл. 2.7 приведены скорости испарения различных веществ, соответствующих давлению насыщенного пара 1,33 Па.

Конденсация вещества идет с выделением теплоты. Теплоты конденсации можно определить по константе N из уравнения (2.6):

При изучении молекулярных потоков в высоком вакууме важно знать направление испаряющихся молекул.

Испарение из точечного источника соответствует изотропному распределению, при котором вероятность вылета молекул внутри телесного угла dw

Если воспользоваться определением телесного угла dw = = 2πsinYdY (рис. 2.7, а), то dP = sinYdY/2, a полная вероятность вылета молекул внутри сферы

Вероятность вылета молекул с поверхности тела, как было доказано экспериментально, пропорциональна косинусу угла между нормалью к поверхности и направлением вылета (рис. 2.7, б):

где А — коэффициент пропорциональности (из условия нормировки (' dP—1), равный двум.

Таким образом, вероятность вылета молекул с поверхности равна удвоенному произведению относительного телесного угла на косинус угла между нормалью к поверхности и направлением вылета (косинусный закон).

Интегрируя (2.14) в пределах от 0 до y, при А = 2 и dw =2л sin у dy найдем долю молекул, вылетающих внутри угла y:

Из (2.15) следует выражение для определения угла у, соответствующего заданной доле молекулярного потока ξ:

Эта формула широко применяется при математическом моделировании молекулярных потоков в высоковакуумных системах.