Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Il vuoto/Le leggi del vuoto: differenze tra le versioni
Contenuto cancellato Contenuto aggiunto
m Aggiungo il template sommario |
Nessun oggetto della modifica |
||
Riga 3:
Per un gas rarefatto a temperatura ambiente l'equazione che descrive il sistema all'equilibrio termodinamico è la [[w:Equazione_di_stato_dei_gas_perfetti|equazione dei gas perfetti]]:
{{Equazione|eq=<math>P \cdot V = n \cdot R \cdot T</math>|id=1}}
dove <math>P\ </math> è la pressione, <math>V\ </math> il volume occupato dal gas, <math>n\ </math> il numero di
La base microscopica della equazione di stato dei gas perfetti è [[w:Teoria_cinetica_dei_gas|la teoria cinetica dei gas]]. Tale teoria nel caso dei gas rarefatti in equilibrio termodinamico è una buona approssimazione. Il vuoto è sicuramente un gas rarefatto, mentre la condizione di equilibrio termodinamico rappresenta a volte una ipotesi non realistica, come vedremo nel seguito.
Riga 12:
:<math>R=k_BN_A\ </math>
Se le dimensioni del recipiente in cui si fa il vuoto sono molto maggiori del cammino libero medio il vuoto è detto
Al contrario al diminuire della pressione il cammino libero medio aumenta fino a raggiungere le dimensioni del contenitore qualsiasi esso sia, in tali condizioni gli urti tra le molecole diventano altamente improbabili, e gli urti con le pareti del contenitore diventano il meccanismo dinamico dominante. Tale regime in cui le molecole si comportano come particelle isolate viene chiamato regime molecolare; a pressioni basse si è sempre in tale regime.
Si introduce per quantificare la cosa il [[w:numero_di_Knudsen|numero di Knudsen]], simbolo <math>Kn\ </math> definito come rapporto tra il cammino libero medio e la dimensione <math>D\ </math> del recipiente in cui è contenuto il gas,
:<math>Kn=\frac {\lambda}D\ </math>
Line 30 ⟶ 31:
* <math>1.46\ 10^{-4}\ psi</math>
=== Impianto da vuoto===
Line 66 ⟶ 45:
La grandezza <math>\dot V\ </math>, la derivata temporale del volume, nel linguaggio del vuoto viene spesso denominata velocità di aspirazione e viene spesso indicata con <math>S\ </math> (dall'inglese speed).
In un sistema da vuoto vari processi concorrono alla creazione del carico <math>Q\ </math>. Se il sistema si trova ad una pressione atmosferica per portarlo sotto vuoto è proprio il gas aspirato che concorre al carico. In genere fino a pressioni dell'ordine del Pascal questa è la causa principale di carico. Al diminuire della pressione vi sono altre cause che aumentano il carico, principalmente il degassamento delle pareti e l'evaporazione dei materiali ad elevata tensione di vapore.Questi due fenomeni sono spiegati facilmente,senza entrare nello specifico, dal principio dell'equilibrio mobile di [[w:Principio_di_Le_Châtelier|Le Chatelier-Braun]], che stabilisce che variando uno dei parametri che caratterizzano un sistema all'equilibrio, il sistema
Il processo di degassamento è particolare dei sistemi da vuoto ed è dovuto,entrando nel dettaglio, o ad adsorbimento fisico (con poca energia di legame) di gas sulla superficie del sistema o da legami con maggiore energia potenziale quindi di natura più tipica della chimica. Ossidi o nitruri sulle superfici rappresentano un tipico esempio di tali legami. In genere ad ogni temperatura e pressione esiste un equilibrio dinamico tra il processo di adsorbimento dei gas presenti nel sistema (che contribuisce alla diminuzione di pressione del sistema) ed il processo opposto il desorbimento che contribuisce al carico. In genere se portiamo un sistema da vuoto a pressione atmosferica le pareti adsorbono i gas presenti (in maniera diversa a seconda delle loro proprietà chimiche) che vengono rilasciati nel processo di desorbimento.▼
▲(con poca energia di legame) di gas sulla superficie del sistema o da legami con maggiore energia potenziale quindi di natura più tipica della chimica. Ossidi o nitruri sulle superfici rappresentano un tipico esempio di tali legami. In genere ad ogni temperatura e pressione esiste un equilibrio dinamico tra il processo di adsorbimento dei gas presenti nel sistema (che contribuisce alla diminuzione di pressione del sistema) ed il processo opposto il desorbimento che contribuisce al carico. In genere se portiamo un sistema da vuoto a pressione atmosferica le pareti adsorbono i gas presenti (in maniera diversa a seconda delle loro proprietà chimiche) che vengono rilasciati nel processo di desorbimento.
Per entrare più in dettaglio per quanto riguarda il degassamento possiamo dire che durante i processi tecnologici il materiale trattato viene esposto a diversi processi e viene bombardato da particelle (ad esempio Argon). Se l' energia di legame è molto bassa vuol dire che il legame non è troppo forte e quindi il materiale che stiamo trattando può, dopo un certo tempo t, rilasciare una molecola andando ad alterare il vuoto presente nella camera. Questo appena descritto è il fenomeno di adsorbimento. Un altro fenomeno molto importante è l' assorbimento ossia ci sono alcuni gas come He, idrogeno che sono molto leggeri e possono entrare nella struttura solida di una sostanza. Ad esempio il metallo può assorbire questi gas leggeri. Se la struttura della camera da vuoto fosse fatta di metallo allora il metallo, avendo assorbito questi gas leggeri, dopo un certo tempo t riemette i gas che ha assorbito. Il degassamento è una delle maggiori cause di "inquinamento" di una camera da vuoto.
Se infine nel sistema da vuoto vi sono perdite verso la pressione esterna, tali perdite rappresentano una ulteriore componente del carico che deve essere aspirato dal sistema per mantenerlo sotto vuoto.
Line 79 ⟶ 56:
L’aria escludendo l’acqua ha una composizione per il 78% di azoto (N2), il 21% di ossigeno (O2) e l’0.9% di Argon (A). La quantità di acqua dipende dalle condizioni di umidità e tipicamente varia tra il 0.6% (aria secca) al 6,5% (aria molto umida) al variare dell'acqua le altre componenti si riducono percentualmente. Il vuoto non è altro che un gas più o meno rarefatto, ma in genere a causa delle pompe da vuoto utilizzate e delle linee da vuoto ha una composizione molto diversa da quella dell’aria. Se analizziamo la composizione del vuoto, mediante un analizzatore di gas residuo (ad esempio uno spettrometro di massa), ci si accorge come di norma il gas dominante è l’acqua. Mentre dopo avere evaporato materiali che assorbono i gas residui (''getter''), quali il Titanio, la composizione appare dominata dall’idrogeno, la causa è la decomposizione dell’acqua da parte del getter. Misurare la pressione o misurare le densità in un gas rarefatto è la stessa cosa, in quanto le due grandezze sono direttamente proporzionali a parità di temperatura.Infatti,potendo sfruttare l'equazione dei gas rarefatti scritta all'inizio, si ha che:
:<math>pV=nRT</math>
e, considerando che il numero di moli n è pari al rapporto tra la massa del gas e il peso molare entrambi espressi in grammi, si ha:
:<math>pV=mRT/M\ </math>
dove M è proprio il peso molare.
:<math>p=
=== Conduttanza ===
Line 175 ⟶ 157:
Da tale equazione si ricava che il vuoto limite in condizioni stazionarie <math>dP/dt=0\ </math> vale <math>P_l=Q/S_e\ </math>, che viene raggiunto in maniera asintotica con una costante di tempo pari a <math>V/S_e\ </math>. Tale ragionamento è molto grossolano in quanto considera <math>S_e\ </math> costante mentre come si è detto essa è una funzione fortemente variabile con la pressione.
[[Micro_e_nanotecnologia/Microtecnologia/Introduzione_alla_microtecnologia |ultimo
[[Categoria:Micro e nanotecnologia|Le leggi del vuoto]]
| |||