Conduttanza Q Δ. m s P > P 1 P 2 Q > Vuoto e Spettrometria di Massa

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Dorotea Bonfanti
6 anni fa
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1 Conduttanza P P 2 Q > Se ΔP P 0 ; si ha flusso di gas (Q): P > P 2 Si definisce conduttanza ( C ): Q C= Δ P 3 m s

2 Altre equazioni maestre Per dimensionare un sistema da vuoto, individuata la grandezza che si converva lungo in sistema (Q), si hanno a disposizione le cosiddette equazioni maestre: Q Pompa da = C Δ P Q Basso vuoto S S = i = S S 2 Q P i + C Pompa da Alto vuoto

3 Contributo alla portata nel vuoto. Evaporazione, Desorbimento Permeazione Perdite (leak) Controflusso (backstreaming)

4 Misura diretta (basso vuoto) Misura di pressioni Misurano proprio la pressione dovuta all urto delle molecole su una parete, rispetto ad un volume evacuato. Misuratori tra i più precisi esistenti sul mercato 0.5.% 5% 00 0 mbar Misura la variazione della capacità al variare della deflessione del diaframma. La variazione può essere dell ordine di 0 9 cm: richiesta stabilità termica.

5 Misura indiretta (misuratori Termici) Gauge a conducibilità termica Conduzione di calore dipende da P, per 0.0< K n <0 Bassa pressione Alta pressione λ = kt 2( πd 2 p) ) H 4 = A σε ( T T 4 ( 2 + perdite ) Il flusso di calore è linearmente dipendente da P,, se T e coefficienti di accomodamento costanti. Vuoto e Spettrometria Lab di rivelatori di Massa LS Misure di pressione (Ciullo G.)

6 Misuratore tipo Pirani Misuratore a conducibilità termica in cui il filamento riscaldato è un ramo di un ponte di Weathstone. All aumentare di P, la T del filamento diminuisce (aumento di scambio termico), sbilanciando il ponte. Viene fornita maggiore corrente per avere il filamento a T =cost (Metodo a temperatura costante) Tubo di compensazione, evacuato e sigillato per correggere l influenza della temperatura ambiente sullo Zero. Azzeramento a P<0-4 mbar La conducibilità termica varia con il tipo di gas. La calibrazione del misuratore quindi dipende dal tipo di gas. Vuoto e Spettrometria Lab di rivelatori di Massa LS Misure di pressione (Ciullo G.)

7 Misura in alto vuoto (ionizzazione) Si devono produrre elettroni, accelerarli in modo che ionizzino le molecole presenti nel vuoto e raccogliere la carica quindi degli ioni Catodo Caldo Catodo freddo

8 i p = La corrente di ioni (i + ) positivi, prodotti dal bombardamento degli elettroni i + =i p è data dalla relazione S i e P i p è la corrente rilevata, S l efficienza di ionizzazione, i e è la corrente di elettroni che bombardano il gas,, P la pressione del gas. H He 0.8 Ogni molecola l ha una efficienza i di ionizzazione, si fissa pari ad uno quella dell azoto molecolare, H 2 O e si forniscono le efficienze dei vari Gas rispetto ad esso. i p = S i e P N 2.00 O 2.00 Acetone 5 Con i misuratori di pressioni a ionizzazione si misura la corrente di tutti i tipi di gas presenti nel vuoto. Dato che si parte dall aria, in essa il gas con percentuale maggiore è l azoto, si utilizza per la sensibilità il valore. Sarebbe interessante separare i vari tipi di gas: spettrometria di massa.

9 Spettrometria di massa Bisogna: ionizzare il gas, separare le varie molecole rivelarle

10 Vuoto Lab e di Spettrometria rivelatori di Massa LS Misure di pressione (Ciullo G.)

11 Ionizzazione

12 Frammentazione Abbondanza isotopica Vuoto e Spettrometria Lab di rivelatori di Massa LS Misure di pressione (Ciullo G.)

13 Spettro di massa: sulle ascisse rapporto tra numero di massa M (uma) ed n e (numero di cariche elementari ) m/e

14 Gas che compongono l aria Nei sistemi da vuoto, dato che partiamo dall aria ci aspettiamo che alcuni gas rimangano nel volume. Se c è una perdita ci aspettiamo di vedere soprattutto N 2 e O 2.

15 Misura della velocità di pompaggio p Dalle misure di espansione, noto il volume di V cil, possiamo determinare il volume V tubi e quindi ilvolume totale V tot. Dalla relazione P V cil =P 2 (V cil +V tubi ) si ottiene V = P P 2 P tubi V cil 2 Come esempio presentiamo quanto misurato in un altra occasione per gli studenti delle scuole superiori.

16 Calcoliamo il volume V cil dalle misure del diamatro ed altezza, Mentre mediante la misura di espansione misuriamo il Volume totale misura P [mbar] P[mbar] misura del volume V tubi ( vuoto in Cilindro Tubi media P i /P i+ V tubi ) P P2 (P P2)/P2 900, ,85 87,4 0, 2 83, ,45, 0 76,95 0, ,5,0 70,5 0, , V tubi media= 0,,, P P2 Vtubi = V cil P2 V cil = 9,9 l calcolato V tot = V cil + V tubi = litri l Queste sono le misure di un edizione precedente, provate ad ottenere il volume totale dai vostri dati.

17 t [s] P [mbar] 0 900, , , , , , , , , , , , , , ,000 Ricavato il volume totale dalla costante di tempo t Vtot si ricava dalla relazioneτ = : S S P [mbar] Vtot = τ P in funzione di t y = 84e 0,0097 t Dati Expon. (Dati) S=0, /τ 0,0097 l/s t [s] [] 0 Misure di un edizione precedente, provate a calcolare la velocità di pompaggio dai vostri dati.

18 Considerazione Ricordiamo che la velocità di pompaggio nel volume ( nel nostra caso V tot = V cil +V tubi ) sarebbe S, che dalla relazione Volume S = S S 2 + C Pompa se C è piccola rispetto ad S 2 (quindi se chiudiamo la valvolta) dato che si sommano gli inversi domina /C pertanto: S C S C

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