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Micro e nanotecnologia/Microtecnologia/Il vuoto/Le leggi del vuoto: differenze tra le versioni

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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. La localizzazione di eventuali perdite verso l'esterno è un problema importante negli impianti da vuoto esistono degli strumenti opportuni chiamati cercafughe (in inglese ''leak detectors'') che utilizzano la combinazione della [[w:Spettrometria_di_massa|spettrometria di massa]] e un gas raro nell'atmosfera, ma con elevata permeabilità, quali l'[[w:Elio|Elio]].
 
=== Composizione del vuoto ===
 
L’aria escludendo l’acqua ha una composizione per il 78% di azoto (N2<math>N_2\ </math>), il 21% di ossigeno (O2<math>O_2\ </math>) e l’0.9% di Argon (A). La quantità di acqua dipende dalle condizioni di umidità e temperatura, tipicamente varia tra il 0.6% (aria secca) al 6,5% (aria molto umida e alta temperatura) 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>
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Il gas è in regime turbolento (in quanto il [[w:Numero_di_Reynolds|numero di Reynolds]] è grande). In tale regime non esiste una formula semplice per calcolare la conduttanza, la quale è in ogni caso grande a causa della pressione media elevata. In tale situazione la conduttanza non rappresenta una limitazione reale al trasporto di materia.
 
Una formula utile si ricava dalla semplificazione della [[w:Legge_di_Poiseuille|legge di Poiseuille]], nel caso di condotti di lunghezza molto maggiore del diametro <math>L\ll D\ </math>. Considerando la viscosità tipica dell'aria
 
In condizioni di medio vuoto, quindi per carichi inferiori e in [[w:Regime_laminare|regime laminare]], la conduttanza deriva dalla cosidetta [[w:/Legge_di_Poiseuille|legge di Poiseuille]].
CheTale esprimiamolegge nel nostro caso in maniera approssimata per l'aria come: Sedi <math>L\ll D\ </math> usando la conduttanzaviscosità valedell'aria si può infattiscrivere approssimativamente come:
{{equazione|eq=<math>C_L=1.4\cdot 10^{3} \frac {D^4}L\left( \frac {p_1+p_2}2 \right)\ m^3/s\qquad L\gg D</math>|id=6}}
Si noti come si sia usato il Sistema Internazionale.
La conduttanza è tanto maggiore quindi quanto maggiore è la pressione media nel condotto. Si noti come la conduttanza non dipenda dal tipo di gas presente, in quanto essendo piccolo il numero di Knudsen gli urti tra molecola e molecola siano prevalenti. La viscosità del gas gioca un ruolo importante.
non dipenda dal tipo di gas presente, in quanto essendo piccolo il numero di Knudsen gli urti tra molecola e molecola siano prevalenti. La viscosità del gas gioca un ruolo importante.
 
Il moto delle molecole è prevalentemente lungo il condotto e quindi il controflusso che è presente in regime molecolare è di fatto trascurabile. In realtà la legge di Poiseuille dipende dalla viscosità, che dipende dal gas presente, quindi la formula è approssimata.
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{{equazione|eq=<math>Q=S_eP+V\frac {dP}{dt} </math>|id=10}}
 
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 ladella pressione.
 
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