冷凝捕集器(冷阱)的抽速計算公式
冷凝捕集器對蒸氣分子的抽速類似于低溫泵的抽速,是指在捕集器中的蒸氣壓強下,單位時間內凝結在冷卻壁上的蒸氣體積。設冷阱的有效冷凝表面積為A,空間蒸氣的熱力學溫度、粒子數密度和分壓強分別為T1,n1,p1;v1的平均速度是對應于T1溫度下的蒸氣分子的熱運動平均速率。冷阱的冷凝表面的熱力學溫度為T2,在T2溫度下蒸氣的飽和蒸氣壓為P2,粒子數密度為n2,蒸氣分子熱運動平均速率為v2的平均速度。根據“碰撞頻率”的概念,單位時間內碰撞冷凝表面的蒸氣分子數N1為
而單位時間內從冷凝表面再蒸發的分子數N2為
所以單位時間內凈冷凝在冷凝表面的蒸氣分子數N為
理論上,單位時間內冷凝表面凝結的蒸氣體積Sl為
式中μ是蒸氣分子的摩爾質量,kg·mol-l各量皆且國際單位制。可見冷阱的抽速Sl與冷凝壁的表面積A成正比,隨空間蒸氣分壓強p1的降低而降低,當蒸氣壓強和溫度與冷壁溫度及其飽和蒸氣壓相等時,冷阱的抽速Sl=0。冷阱的實際抽速還受蒸氣分子凝結系數的影響,實際抽速總是小于理論抽速。
若設空間水蒸汽和汞蒸氣的溫度為室溫,即293K,冷阱冷凝表面的溫度為液氮溫度,77K,則冷阱對水蒸汽和汞蒸氣的抽速分別為
SH2O=147A m3/s
SHg=44A m3/s