La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

IL VUOTO Definizione di “vuoto”; Definizione di “vuoto”; Come si produce; Come si produce; Come si misura; Come si misura; A cosa serve; A cosa serve;

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "IL VUOTO Definizione di “vuoto”; Definizione di “vuoto”; Come si produce; Come si produce; Come si misura; Come si misura; A cosa serve; A cosa serve;"— Transcript della presentazione:

1 IL VUOTO Definizione di “vuoto”; Definizione di “vuoto”; Come si produce; Come si produce; Come si misura; Come si misura; A cosa serve; A cosa serve; Limiti e problematiche. Limiti e problematiche. Definiamo “VUOTO” quella regione di spazio in cui la pressione gassosa è minore di quella atmosferica. Definiamo “VUOTO” quella regione di spazio in cui la pressione gassosa è minore di quella atmosferica. L’unità di misura della pressione stabilita dal S.I. è il pascal (Pa). L’unità di misura della pressione stabilita dal S.I. è il pascal (Pa). Esso è uguale a: Esso è uguale a: 1 Pa = 1Newton / 1m 2 Credits: Orazio Parasole, 2009

2 La pressione atmosferica e sua composizione L’atmosfera con il proprio peso esercita una forza su tutti i corpi della superficie terrestre. L’atmosfera con il proprio peso esercita una forza su tutti i corpi della superficie terrestre. Il rapporto tra il peso esercitato da una colonna d’aria e l’unità di superficie su cui essa agisce è definito “pressione atmosferica”. Il rapporto tra il peso esercitato da una colonna d’aria e l’unità di superficie su cui essa agisce è definito “pressione atmosferica”. Composizione dell’aria secca a Pa. Composizione dell’aria secca a Pa. 78,10% 20,95% 0,95%

3 Il valore della pressione atmosferica varia in funzione dell’altezza, della latitudine, della temperatura e dell’umidità. Qual è il valore della pressione atmosferica? Il luogo dei punti dell'atmosfera in cui la pressione è, in un dato istante, costante, costituisce una superficie isobara.

4 Variazione di p in funzione della temperatura All’aumentare della temperatura l’aria si dilata, diminuisce la sua densità: in generale una colonna d’aria calda pesa meno di una uguale colonna d’aria fredda. Oscillazioni diurne della pressione al variare della temperatura: Le variazioni giornaliere di pressione vanno attribuite alle maree atmosferiche e all'espansione dell'aria che accompagna l'aumento di temperatura causato dalla radiazione solare.

5 Un set di misure di pressione atmosferica, effettuate a CT (circa 2 settimane)

6 Si assume come valore della pressione atmosferica “normale” quella misurata nelle seguenti condizioni: Si assume come valore della pressione atmosferica “normale” quella misurata nelle seguenti condizioni: A livello del mare; A livello del mare; Alla latitudine di 45°; Alla latitudine di 45°; A temperatura ambiente di 15 °C; A temperatura ambiente di 15 °C; In aria secca; In aria secca; Essa è uguale alla pressione esercitata da una colonna di Hg alta 760 mm (Esperienza di E. Torricelli). Essa è uguale alla pressione esercitata da una colonna di Hg alta 760 mm (Esperienza di E. Torricelli) Kg/cm 2 = 1 atm Valore della pressione atmosferica S Forza Peso (Hg) P atm.= S x h x ρ S P atm. = = h x ρ = 76 x 13.6 = g/cm 2 Press.atm. Vuoto 760 mm ρ(Hg) = 13.6 g/cm 3 Forza Peso (Hg) = Volume x densità = S x h x ρ V x ρ = Hg Esperienza di E. Torricelli P atm. =

7 Valore notevole Valore notevole Superficie corpo umano circa 1,5 ÷ 2 m 2 Superficie corpo umano circa 1,5 ÷ 2 m 2 Forza totale uniformemente distribuita circa 15 ÷ 20 t. ! Forza totale uniformemente distribuita circa 15 ÷ 20 t. ! Esperimento degli emisferi di Magdeburgo condotto nel 1654 dal fisico tedesco Otto von Guericke Kg/cm 2 = 1 atm

8 Valore della pressione atm. in pascal 1 cm 2 = m 2 1 Kg=9.81 N; Da Kg/cm x 9.81 = a N/m (N) (m 2 ) Kg/cm 2 = 1 atm Kg/cm 2 = 1 atm = Pa Per trasformare il valore di p da Kg/cm 2 in pascal bisogna convertire le unità di misura in N/m 2 = Pa

9 Altre unità di misura mbar = bar = 100 pascal mbar = bar = 100 pascal torr = 1 mm Hg torr = 1 mm Hg Tabella di conversione Tabella di conversione

10 Gradi di vuoto La misura del vuoto si riconduce quindi alla misura della pressione che un gas presenta rispetto alla pressione atmosferica. La misura del vuoto si riconduce quindi alla misura della pressione che un gas presenta rispetto alla pressione atmosferica. La pressione atmosferica viene pertanto assunta come valore limite superiore. La pressione atmosferica viene pertanto assunta come valore limite superiore. Più il vuoto è “buono” più piccolo è il suo valore di pressione rispetto a quello atmosferico. Più il vuoto è “buono” più piccolo è il suo valore di pressione rispetto a quello atmosferico. Denominazione del grado di vuoto

11 Sulla superficie lunare si ha la presenza di gas come H 2, He, Ne, Ar ad una Sulla superficie lunare si ha la presenza di gas come H 2, He, Ne, Ar ad una pressione totale intorno ai Pa (10 -8 mbar). pressione totale intorno ai Pa (10 -8 mbar). Nello spazio interstellare la pressione è ancora più piccola tanto che si Nello spazio interstellare la pressione è ancora più piccola tanto che si preferisce parlare di numero di atomi o molecole per cm 3 o m 3. preferisce parlare di numero di atomi o molecole per cm 3 o m 3. Vuoto naturale e vuoto artificiale

12 Produzione del vuoto artificiale Principali tipi di pompe per il vuoto Pompe meccaniche A membrana Rotativa a palette Roots Filtro a senso unico A diffusione Turbomolecolare Cattura fisica Criopompe Adsorbimento Cattura chimica Getter Ione-getter Il vuoto artificiale si produce per mezzo di pompe per il vuoto

13 Pompa a membrana Vantaggi Vuoto esente da idrocarburi. Vuoto esente da idrocarburi. Scarico in atmosfera. Scarico in atmosfera. Funzionamento reversibile. Funzionamento reversibile. Impermeabilità per assenza di scorrimento tra le parti. Impermeabilità per assenza di scorrimento tra le parti. Limite di vuoto modesto (≥ 10 3 Pa con pompa a doppio stadio). Limite di vuoto modesto (≥ 10 3 Pa con pompa a doppio stadio). Limitate velocità di pompaggio. Limitate velocità di pompaggio. Inconvenienti Principio di funzionamento: A variazione di volume

14 Pompa rotativa a palette, a secco e a bagno d’olio. Scarico diretto in atmosfera. Scarico diretto in atmosfera. Assenza di fenomeni di saturazione. Assenza di fenomeni di saturazione. Robuste e con costo relativamente basso. Robuste e con costo relativamente basso. Possibile retrodiffusione di vapori d’olio verso il sistema da vuoto. Possibile retrodiffusione di vapori d’olio verso il sistema da vuoto. Necessità di trappole se si vogliono bloccare i vapori d’olio. Necessità di trappole se si vogliono bloccare i vapori d’olio. Pericolo di risalita dell’olio in caso di spegnimento. Pericolo di risalita dell’olio in caso di spegnimento. Possibile danneggiamento dell’olio in caso di gas reattivi. Possibile danneggiamento dell’olio in caso di gas reattivi. Vuoto limite dell’ordine di Pa. Vuoto limite dell’ordine di Pa. Vantaggi Inconvenienti Principio di funzionamento: a variazione di volume Avvio Aspirazione Scarico Paletta

15 Pompe rotative

16 Pompe Roots Principio di funzionamento: Elevata portata (da qualche centinaio a m 3 /h) Elevata portata (da qualche centinaio a m 3 /h) Con giochi sufficienti possono funzionare senza olio quindi come pompe “a secco”. Con giochi sufficienti possono funzionare senza olio quindi come pompe “a secco”. Funzionamento reversibile. Funzionamento reversibile. Necessità di pompa preliminare. Necessità di pompa preliminare. Vuoto modesto: p ≥ Pa. Vuoto modesto: p ≥ Pa. Vantaggi Inconvenienti a variazione di volume

17 Pompe Roots

18 Pompe turbomolecolari (filtro a senso unico) Le molecole che urtano una superficie in rapido movimento ricevono da essa un impulso che ne modifica il percorso verso una direzione tendente a quella della stessa superficie. Principio di funzionamento: Eliminazione dei gas pompati verso l’esterno senza problemi di saturazione. Eliminazione dei gas pompati verso l’esterno senza problemi di saturazione. Assenza di fluidi motori quindi pompaggio pulito. Assenza di fluidi motori quindi pompaggio pulito. Semplice manutenzione. Semplice manutenzione. Necessità di pompaggio preliminare (possibilmente pulito). Necessità di pompaggio preliminare (possibilmente pulito). Vuoto limite ÷10 -8 Pa dovuto a scarso pompaggio di H 2 e He. Vuoto limite ÷10 -8 Pa dovuto a scarso pompaggio di H 2 e He. Struttura meccanica delicata specie per pompe di grande dimensione. Struttura meccanica delicata specie per pompe di grande dimensione. Costo di acquisto relativamente elevato. Costo di acquisto relativamente elevato. Vantaggi Inconvenienti Principio di funzionamento

19 Pompe Turbomolecolari Zona bassa press. Zona alta press. Alla pompa preliminare Rotore a doppio stadio

20 Pompe a diffusione Principio di funzionamento: Principio di funzionamento: Per trascinamento da parte di un fluido.

21 Assenza di saturazione. Assenza di saturazione. Velocità di pompaggio poco dipendente dalla natura del gas. Velocità di pompaggio poco dipendente dalla natura del gas. Robustezza e facile manutenzione. Robustezza e facile manutenzione. Assenza di campi magnetici o elettrici elevati. Assenza di campi magnetici o elettrici elevati. Costo di acquisto e manutenzione relativamente modesto. Costo di acquisto e manutenzione relativamente modesto. Presenza di olio, quindi contaminazione da parte di idrocarburi. Presenza di olio, quindi contaminazione da parte di idrocarburi. Vuoti limite Pa. Vuoti limite Pa. Necessità di uso di trappole per scendere al di sotto di Pa. Necessità di uso di trappole per scendere al di sotto di Pa. Necessità di raffreddamento ad acqua. Necessità di raffreddamento ad acqua. Pericolo di danneggiamento dell’olio in caso di perdite. Pericolo di danneggiamento dell’olio in caso di perdite. Necessità di pompa preliminare con prevuoto intorno a 1 Pa. Necessità di pompa preliminare con prevuoto intorno a 1 Pa. Vantaggi Inconvenienti Pompe a diffusione di varie portate

22 Pompe a cattura fisica (pompe criogeniche) 1) Vuoto pulito, esente da idrocarburi. 2) velocità di pompaggio molto elevate tranne per He e H 2 3) possibilità di recupero dei gas pompati. Principio di funzionamento: fissaggio delle molecole del per condensazione su una parete fredda. fissaggio delle molecole del gas per condensazione su una parete fredda. Vantaggi Inconvenienti 1) Fenomeni di saturazione. 2) Necessità di scendere a temperature minori di 4,2 °K per ottenere pressioni inferiori a Pa ( mbar). 3) Costi elevati e problemi di approvvigionamento dei refrigeranti. 4) Struttura della pompa abbastanza complessa. N 2 L, Ne, H 2, He, O 2. Principali refrigeranti utilizzati:

23 Pompe ad adsorbimento fisico Principio di funzionamento : Adsorbimento fisico dei gas su grandi superfici a bassa temperatura Zeoliti: minerali con una struttura cristallina regolare e microporosa caratterizzati da una enorme quantità di volumi vuoti interni ai cristalli. Superficie ≈ 300 ÷ 700 m 2 /g La bassa temperatura favorisce l’adsorbimento fisico Modello di struttura molecolare microporosa delle zeoliti

24 1) Vuoto pulito. 2) Velocità di pompaggio elevate soprattutto per molecole pesanti. 3) Possibilità di partire da pressione atmosferica quindi con vuoto preliminare pulito sino a circa 0,1 Pa (10 -3 mbar). 4) Basso costo e facile realizzazione. 1) Bassa velocità di pompaggio per i gas leggeri (H2, He, Ne) 2) Fissaggio del gas nella pompa quindi con effetto di saturazione. 3) Rigenerazione periodica a °C. 4) Necessità di usare N 2 liquido e sensibilità alle variazioni di livello del refrigerante. 5) Vuoti limite non inferiori a Pa (10 -7 mbar) se usate con altre pompe preliminari. Vantaggi Inconvenienti Pompe ad adsorbimento


Scaricare ppt "IL VUOTO Definizione di “vuoto”; Definizione di “vuoto”; Come si produce; Come si produce; Come si misura; Come si misura; A cosa serve; A cosa serve;"

Presentazioni simili


Annunci Google