Das Mikrokosmos von Molekülen, die den Raum durchdringen, ist für unser Auge schwer fassbar. Nur die Phantasie kann das enorme Ausmaß des Mikrokosmos abdecken, in dem eine unendliche Vielfalt von Molekülen und Atomen herrscht. Eine der interessanten Fragen, die sich beim Betrachten dieser unsichtbaren Welt ergibt, betrifft die Anzahl der Gasmoleküle in einem unglaublich kleinen Vakuumvolumen.
Die Forschung in Physik und Chemie ermöglicht es uns, eine Antwort auf diese Frage zu erhalten. Bei der Erstellung eines Vakuums mit modernen technischen Pumpen interessiert uns das Vorhandensein von Gasmolekülen in einem Kubikzentimeter Raum. Die Antwort auf diese Frage besteht darin, die Konzepte des Atoms, des Moleküls, der Avogadro-Zahl und ihrer Beziehung zu verstehen.
Das Konzept von Atomen und Molekülen entstand im 18. Jahrhundert und war ein wichtiger Durchbruch in der Entwicklung der Natur- und Materie-Wissenschaften. John Dalton führte den Begriff "Atom" ein, und Avogadro schlug die Idee vor, dass bestimmte Gasvolumina unter den gleichen Bedingungen eine identische Anzahl von Molekülen enthalten. Diese Zahl wurde als Avogadro-Zahl bekannt und beträgt ungefähr 6,022 × 10 ^ 23 Moleküle pro Mol.
Anzahl der Gasmoleküle in 1 cm3 Vakuum bei 1 Druckpascal
Um die Anzahl der Gasmoleküle in einem Vakuum von 1 cm3 bei einem Druck von 1 zu berechnen, muss das Gesetz des idealen Gases verwendet werden. Nach diesem Gesetz kann die Anzahl der Gasmoleküle anhand der Formel berechnet werden:
wobei 𝑁 die Anzahl der Gasmoleküle ist, 𝑃 der Gasdruck ist (in diesem Fall 1 pascal), 𝑉 das Gasvolumen ist (1 cm3), 𝑘 die Boltzmann-Konstante, 𝑇 die Gastemperatur (in Kelvin).
Um die Volumendimension und die Boltzmann-Konstante im SI-System zu berücksichtigen, sollte der Volumenwert in Kubikmeter übersetzt werden und der Boltzmann-konstanter Wert von 1.380649 × 10 ^-23 J / K verwendet werden.
Anhand der angegebenen Werte kann daher die Anzahl der Gasmoleküle in 1 cm3 Vakuum bei 1 Druckpascal und einer gegebenen Temperatur berechnet werden.
Moderne technische Pumpen: Funktionsprinzipien und Möglichkeiten
Das Funktionsprinzip moderner technischer Pumpen beruht auf dem Einsatz verschiedener Kräfte wie Diffusion, Kompression und Anziehung. Diese Pumpen können mit einer Vielzahl von Gasen und Dampfzusammensetzungen betrieben werden und haben eine hohe Effizienz und Festigkeit.
Eine der gebräuchlichsten Pumpentypen ist eine Turbomolekularpumpe. Es basiert auf dem Prinzip, einen Gasfluss durch einen rotierenden Rotor mit molekularen Schaufeln zu erzeugen, wodurch der Druck reduziert wird. Turbomolekularpumpen werden häufig in Labors, Produktionsräumen und anderen Bereichen eingesetzt, die ein hohes Vakuum erfordern.
Darüber hinaus gibt es andere Arten von Pumpen, wie Ionenpumpen, Wärmepumpen und Ölpumpen. Ionenpumpen basieren auf der Ionisierung der Gase in ihnen und erzeugen ein elektrisches Feld, um die Teilchen zu bewegen. Wärmepumpen verwenden verschiedene physikalische Prinzipien wie die Zirkulation von Wärme, um ein Vakuum zu erzeugen. Ölpumpen verwenden spezielle Öle, um die Reibung während des Betriebs zu schmieren und zu reduzieren.
Moderne technische Pumpen haben eine breite Palette von Funktionen und werden in vielen Branchen eingesetzt. Sie können in industriellen Prozessen, Labors, Medizin, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Bereichen eingesetzt werden. Das Erstellen eines Vakuums mit Hilfe von Pumpen ermöglicht eine bessere Prozessqualität, eine höhere Produktivität und genauere Ergebnisse.
Abhängigkeit der molekularen Gaskonzentration vom Druck
Nach dem Boyle-Mariott-Gesetz ist die molekulare Konzentration eines Gases direkt proportional zu seinem Druck bei konstanter Temperatur und der Menge der Substanz. Das heißt, wenn der Druck zunimmt, nimmt auch die Anzahl der Gasmoleküle in einer Volumeneinheit zu, und wenn der Druck abnimmt, nimmt er ab.
Das Vakuum in 1 pascal mit modernen technischen Pumpen kann den Druck in einem geschlossenen System erheblich reduzieren. Dies führt zu einer Abnahme der molekularen Konzentration des Gases, da die Anzahl der Moleküle, die sich in einem bestimmten Volumen befinden, abnimmt.
Um die Abhängigkeit der molekularen Gaskonzentration vom Druck zu veranschaulichen, können Sie eine Tabelle mit verschiedenen Druckwerten und den entsprechenden molekularen Konzentrationswerten erstellen. Diese Tabelle hilft Ihnen, besser zu verstehen, wie sich die Druckänderung auf die Anzahl der Gasmoleküle in einer Volumeneinheit auswirkt.
| Druck, Pa | Molekulare Konzentration, Moleküle/cm 3 |
|---|---|
| 1000 | 2.7 x 10 19 |
| 100 | 2.7 x 10 20 |
| 10 | 2.7 x 10 21 |
Die Tabelle zeigt, dass sich die molekulare Gaskonzentration um das 10-fache erhöht, wenn der Druck um das 10-fache reduziert wird.
Somit hat die Abhängigkeit der molekularen Gaskonzentration vom Druck eine direkte Proportionalität. Wenn ein Vakuum mit modernen technischen Pumpen erzeugt wird, wird der Systemdruck reduziert, was zu einer Abnahme der molekularen Gaskonzentration führt.
