2.7 热流逸
热流逸是一种质量迁移现象,发生在低压力下分子流状态的气体中。如有一中间开孔的两相连容器(见图2-4),若两个容器温度不等,气体分子将从冷容器向热的容器运动,造成热容器的压力较冷容器高。这种由于温差而产生的质量迁移现象,称为热流逸。
图2-4 气体的热流逸
如图2-4所示,容器1的温度为T1,压力为p1,分子密度为n1。容器2相应的参数为T2、p2及n2。隔板上所开的孔面积为F。那么,单位时间内通过孔由容器1到容器2的分子数为
(2-58a)
反之,容器2到容器1的分子数为
(2-58b)
在平衡状态下,由容器1离开的分子数应等于进到容器1的分子数,即N1-2=N2-1。
那么
或者
(2-59)
又因为p1=n1KT1,p2=n2KT2代入式(2-59),则
(2-60)
可见,相连的两个温度不同的容器中,压力和分子密度均不相等。压力与温度之比的平方根成正比,而密度与其成反比。这种热流逸现象,对于低温真空系统有重要意义。例如:容器1是真空室的一部分,处在液态空气温度,即T1=90K。而测量压力的规管安装在室温地方,T2=300K。则真空室1处的压力为
也就是说,规管所测出的压力并非真空室中的真实压力,真空室中的压力已比规管所测压力低半个数量级了。
Hobson在1970年和1973年的试验中发现,式(2-60)对表面粗糙的管路是正确的。而对表面光滑的管路,式(2-60)应写成
式中,α为系数,α≈1.1~1.3。根据这个效应,他制成了一种新型真空泵,其抽气原理见图2-5。
图2-5 泵的抽气原理
A和B两个容器,通过两个管子连接到容器C上。A和B温度相同均为T2,C的温度为T1。A和C之间用内壁粗糙玻璃管连接,而B和C之间用光滑的玻璃管连接。对于容器A有:;对容器B有,则A和B之间的压力比为。如果A和B之间有n个粗糙和光滑管串接起来,则A和B之间的压力比为。这样就可以在B中获得较低的压力。候波逊安装了二十八级,得到的压力比为。