如何計算氣體分子的平均自由路徑？
相關概念的定義
洩漏率 qL (mbar ·l · s–1)
根據上述定義，可輕鬆瞭解氣體洩漏大小，即經過意外通道或「管件」元件的移動，也會以 mbar · l · s–1 提供。洩漏率經常會以大氣壓力在隔絕層一側佔主導地位且另一側為真空 (p < 1 mbar) 的方式測量及指示。如果氦氣 (例如可能作為追蹤氣體使用) 恰好在這些條件下流過洩漏點，則稱為「標準氦氣條件」。如需更多資訊，請參閱測漏相關章節。
除氣 (mbar · l)
除氣一詞是指將氣體與蒸氣從真空腔室壁或真空系統內部的其他元件中釋放出來。此氣體數量也使用 p · V 乘積，其中 V 是將氣體釋放進去的容器體積，然後使用 p (最好是 Δp) 表示因將氣體引入此體積導致的壓力增加。
除氣率 (mbar · l · s–1)
這是一段時間內的除氣，表示為 mbar · l · s–1。
除氣率 (mbar · l · s–1 · cm–2) (參考表面區域)
為了估計必須抽取的氣體量，瞭解內部表面區域的大小、其材料與表面特性、其參考表面區域的除氣率以及時間範圍內的進度非常重要。
分子 λ (cm) 與碰撞率 z (s-1) 的平均自由路徑
氣體包含大量不同粒子且粒子之間沒有有效力 (除碰撞以外) 這一概念，引發了一些理論上的考量，我們現在會在指定「氣體運動論」下對此進行摘要說明。
此理論的前幾項，同時也是最為有利的結果之一是，根據分子質量 mT 中個別氣體分子氣體密度與速度均方 c2 的函數計算氣體壓力 p：
(1.14)
其中
(1.15)
氣體分子會以每種可能的速度在彼此周圍及之間飛行、轟擊容器壁並彼此 (彈性) 碰撞。這一氣體分子運動會在氣體運動論的幫助下以數字形式描述。分子在指定時間內的平均碰撞數 (稱為碰撞指數 z)，與每個氣體分子在與其他分子的兩次碰撞之間涵蓋的平均路徑距離 (稱為平均自由路徑長度 λ)，如下所述為平均分子速度 c- 分子直徑 2r 及粒子數密度分子 n 的函數 - 這是計算近似值的一種非常好的方式：
其中
(1.16)
且
(1.18)
因此，根據方程式 (1.1)，粒子數密度 n 的平均自由路徑長度 λ，與壓力 p 成反比。如此一來，會針對每種氣體，在恆定溫度下保持下列關係
(1.19)
λ ⋅ p = const (1.19)
表 III 與圖 9.1 用來計算任意壓力與各種氣體的平均自由路徑長度 λ。對真空技術最重要之氣體運動論中的方程式也會在表 IV 中進行摘要說明。
表 III 平均自由路徑 λ (與 68°F 或 20°C 下各種氣體的壓力 p) 乘積 c* 的平均自由路徑 l 值 (另請參閱圖 9.1)
圖 9.1 各種氣體平均自由路徑 λ (cm) 隨壓力的變動
表 IV 氣體運動論相關重要公式的編輯
碰撞率 zA(cm–2 ⋅ s–1) 與單層形成時間 τ (s)
常用來描繪高真空流態中壓力狀態的技術是，在假設每個分子都會黏到表面的情況下，計算在無氣體表面上形成單分子或單原子層需要的時間。此單層形成時間與碰撞率 zA 密切相關。當氣體靜止時，碰撞率將會指示與每個時間和表面區域單位之真空容器內部表面碰撞的分子數：
(1.20)
如果 a 是可接受特定氣體之每個表面區域單位的空間數，則單層形成時間為
(1.21)
碰撞頻率 zv (cm–3 · s–1)
這是碰撞率 z 與粒子數密度 n 半數的乘積，因為要將兩個分子的碰撞視為僅一次碰撞：
(1.21a)
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References
- Vacuum symbols
- Glossary of units
- References and sources
Vacuum symbols
A glossary of symbols commonly used in vacuum technology diagrams as a visual representation of pump types and parts in pumping systems
Glossary of units
An overview of measurement units used in vacuum technology and what the symbols stand for, as well as the modern equivalents of historical units
References and sources
References, sources and further reading related to the fundamental knowledge of vacuum technology
