Bơm turbo phân tử đẩy những phân tử khí rất thưa bằng cách nào?
Khám phá mở rộng – Vật lý 12
Bơm turbo phân tử dùng các tầng cánh chuyển động nhanh để truyền động lượng cho phân tử khí, làm xác suất chúng đi về phía cửa xả lớn hơn chiều ngược lại. Nó hữu ích khi khí đã đủ loãng để chuyển động phân tử và va chạm với bề mặt cánh trở nên quan trọng.
Khi không thể chỉ nghĩ đến một luồng gió
Trong không khí dày đặc, phân tử thường va chạm với nhau trước khi đi xa. Ở áp suất thấp, quãng đường giữa các va chạm tăng lên. Muốn hiểu bơm, ta cần theo dõi cả cách phân tử gặp cánh chuyển động, thay vì chỉ hình dung một chiếc quạt đẩy một khối không khí liên tục.
Mỗi va chạm không bảo đảm mọi phân tử đều được đưa đúng hướng ngay. Thiết bị tạo một thiên lệch thống kê về vận chuyển, không phải một hàng rào tuyệt đối chỉ mở một chiều.
Nhiều tầng cùng xây khả năng nén
Các hàng cánh rotor quay xen với những phần stator đứng yên. Hình học và chuyển động định hướng đường đi của khí qua nhiều tầng. Những thay đổi nhỏ về xác suất được tích lũy thành khả năng duy trì áp suất thấp ở đầu vào so với đầu ra.
Động cơ cung cấp công cho quá trình ấy. Chân không không phải một thứ được tạo ra rồi cất vào bình; bơm đang liên tục chuyển vật chất ra khỏi vùng cần làm thưa khí.
Vì sao còn cần bơm sơ cấp?
Đầu xả của bơm turbo phải có điều kiện áp suất phù hợp. Một bơm khác thường đảm nhiệm việc đưa khí từ phía này ra môi trường và giúp tạo chân không ban đầu. Không thể mặc định bơm turbo thuần túy có thể bắt đầu làm việc đúng từ khí quyển.
Khả năng nén còn khác theo loại khí. Phân tử nhẹ có phân bố vận tốc nhiệt khác phân tử nặng, nên kết quả không chỉ do số vòng quay ghi trên máy.
Trong một máy phân tích vật liệu, chân không cao giúp giảm va chạm ngoài ý muốn của chùm hạt. Bộ bơm turbo giải nhiệm vụ đó theo cơ chế khác bơm cánh gạt giữ khí trong khoang đổi thể tích.
Hiểu lầm: quay cánh nhanh hơn vô hạn sẽ tạo chân không tuyệt đối. Rò khí, khí thoát từ vật liệu, điều kiện cửa xả và giới hạn cơ học đều còn tồn tại.
Ghi nhớ: cánh truyền động lượng, nhiều tầng làm tăng hiệu quả vận chuyển, bơm sơ cấp hoàn thành đường thoát khí.
Đọc thêm
- Bơm chân không cánh gạt chuyển khí ra ngoài bằng các khoang đổi thể tích ra sao?
- Áp kế Pirani suy độ chân không từ một phần tử được nung bằng cách nào?