Vakum Teknolojisi * Prof. Dr. Ergun GÜLTEKİN. İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi



Benzer belgeler
Gaz hali genel olarak molekül ve atomların birbirinden uzak olduğu ve çok hızlı hareket ettiği bir haldir.

GENEL KİMYA. 10. Hafta.

İnstagram:kimyaci_glcn_hoca GAZLAR-1.

Gazların Özellikler Barometre Basıncı Basit Gaz Yasaları

Açık hava basıncını ilk defa 1643 yılında, İtalyan bilim adamı Evangelista Torricelli keşfetmiştir. Yaptığı deneylerde Torriçelli Deneyi denmiştir.

ÖĞRENME ALANI: Kuvvet ve Hareket 2.ÜNİTE: Kaldırma Kuvveti ve Basınç. Kaldırma Kuvveti

GAZLAR GAZ KARIŞIMLARI

E = U + KE + KP = (kj) U = iç enerji, KE = kinetik enerji, KP = potansiyel enerji, m = kütle, V = hız, g = yerçekimi ivmesi, z = yükseklik

TE-680 İDEAL GAZ KANUNLARI EĞİTİM SETİ DENEY FÖYÜ

Maddenin Halleri. Katı

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MÜHENDİSLİKTE DENEYSEL METODLAR DERSİ

FİZİKOKİMYA I ARASINAV SORU VE CEVAPLARI GÜZ YARIYILI

Bernoulli Denklemi, Basınç ve Hız Yükleri Borularda Piezometre ve Enerji Yükleri Venturi Deney Sistemi

ÖĞRETĐM TEKNOLOJĐLERĐ VE MATERYAL GELĐŞTĐRME DERSĐ GAZLAR KONU ANLATIMI

2. Basınç ve Akışkanların Statiği

Gazların sıcaklık,basınç ve enerji gibi makro özelliklerini molekül kütlesi, hızı ve sayısı gibi mikroskopik özelliklerine bağlar.

Akışkanların Dinamiği

ÖĞRENME ALANI : FİZİKSEL OLAYLAR ÜNİTE 2 : KUVVET VE HAREKET

O )molekül ağırlığı 18 g/mol ve 1g suyun kapladığı hacimde

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU

İÇTEN YANMALI MOTORLAR 2. BÖLÜM EK DERS NOTLARI

Bölüm 2. Sıcaklık ve Gazların Kinetik Teorisi. Prof. Dr. Bahadır BOYACIOĞLU

FİZK Ders 1. Termodinamik: Sıcaklık ve Isı. Dr. Ali ÖVGÜN. DAÜ Fizik Bölümü.

AKM 205 BÖLÜM 8 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

Termodinamik Termodinamik Süreçlerde İŞ ve ISI

KİM-118 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü

İDEAL GAZ KARIŞIMLARI

DENEY FÖYÜ BALIKESİR-2015

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

Soru No Program Çıktısı 3, ,10 8,10

6. İDEAL GAZLARIN HAL DENKLEMİ

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

SORULAR - ÇÖZÜMLER. NOT: Toplam 5 (beş) soru çözünüz. Sınav süresi 90 dakikadır. 1. Aşağıdaki çizelgede boş bırakılan yerleri doldurunuz. Çözüm.1.

1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar

T.C. ONDOKUZ MAYIS ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ MAKĠNA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ SANTRĠFÜJ POMPA DENEY FÖYÜ HAZIRLAYANLAR. Prof. Dr.

Akışkanlar Mekaniği Yoğunluk ve Basınç: Bir maddenin yoğunluğu, birim hacminin kütlesi olarak tanımlanır.

MIT Açık Ders Malzemeleri Fizikokimya II 2008 Bahar

ÇÖZÜM 1) konumu mafsallı olup, buraya göre alınacak moment ile küçük pistona etkileyen kuvvet hesaplanır.

Selçuk Üniversitesi. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi. Kimya Mühendisliği Bölümü. Kimya Mühendisliği Laboratuvarı. Venturimetre Deney Föyü

Enerji var veya yok edilemez sadece biçim değiştirebilir (1.yasa)

MADDENİN AYIRT EDİCİ ÖZELLİKLERİ. Nazife ALTIN Bayburt Üniversitesi, Eğitim Fakültesi

KALDIRMA KUVVETİ. A) Sıvıların kaldırma kuvveti. B) Gazların kaldırma kuvveti

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

Gazların fiziksel davranışlarını 4 özellik belirler.

NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER

Alınan Puan NOT: Yalnızca 5 soru çözünüz, çözmediğiniz soruyu X ile işaretleyiniz. Sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR ve ÇÖZÜMLER

Akışkanların Dinamiği

AKIŞ ÖLÇÜMLERİ. Harran Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü. Dr.M.Azmi AKTACİR-2010-ŞANLIURFA 1

Sıcaklık: Newton un ikinci hareket yasasına göre; Hareket eden bir cismin kinetik enerjisi, cismin kütlesi ve hızına bağlıdır.

BASINÇ GENEL KAVRAMLAR BASINÇ BİRİMLERİ KATILARDA BASINÇ SIVILARDA BASINÇ GAZ BASINÇLARI

3.1. Basınç 3. BASINÇ VE AKIŞKAN STATİĞİ

AKM 205 BÖLÜM 2 - UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ. Doç.Dr. Ali Can Takinacı Ar.Gör. Yük. Müh. Murat Özbulut

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

Termal Genleşme İdeal Gazlar Isı Termodinamiğin 1. Yasası Entropi ve Termodinamiğin 2. Yasası

MAK-LAB007 AKIŞKAN YATAĞINDA AKIŞKANLAŞTIRMA DENEYİ

GAZLAR GAZLARIN ÖZELLİKLERİ

TEKNİK FİZİK ÖRNEK PROBLEMLER-EK2 1

SINAV SÜRESİ 90 DAKİKADIR. BAŞARILAR

METEOROLOJİ. IV. HAFTA: Hava basıncı

ZEMİN MEKANİĞİ DENEYLERİ

SOĞUTMA ÇEVRİMLERİ 1

İnstagram:kimyaci_glcn_hoca GAZLAR-2. İnstagram:kimyaci_glcn_hoca

Bölüm 5 KONTROL HACİMLERİ İÇİN KÜTLE VE ENERJİ ÇÖZÜMLEMESİ. Bölüm 5: Kontrol Hacimleri için Kütle ve Enerji Çözümlemesi

BASINCA SEBEP OLAN ETKENLER. Bu bölümü bitirdiğinde basınca sebep olan kuvvetin çeşitli etkenlerden kaynaklanabileceğini fark edeceksin.

SAKARYA ÜNİVERSİTESİ SAKARYA MESLEK YÜKSEKOKULU

Şekilde, K3 kollektörlerini seçtiğimizde ve 300 l/saat lik bir debi deki basınç kaybı 50 mbar.

Bilgi İletişim ve Teknoloji

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

T.C. GAZİ ÜNİVERSİTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR LABORATUVARI BUHAR TÜRBİNİ DENEYİ FÖYÜ

TEMEL KAVRAMLAR. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

2. ÜNİTE : KUVVET VE HAREKET

Bölüm 8 EKSERJİ: İŞ POTANSİYELİNİN BİR ÖLÇÜSÜ. Bölüm 8: Ekserji: İş Potansiyelinin bir Ölçüsü

CĠSMĠN Hacmi = Sıvının SON Hacmi - Sıvının ĠLK Hacmi. Sıvıların Kaldırma Kuvveti Nelere Bağlıdır? d = V

TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ YASASI

ISI VE SICAKLIK. 1 cal = 4,18 j

AKM 205-BÖLÜM 2-UYGULAMA SORU VE ÇÖZÜMLERİ

Bölüm 2: Akışkanların özellikleri. Doç. Dr. Tahsin Engin Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

F KALDIRMA KUVVETİ (ARCHİMEDES PRENSİBİ) (3 SAAT) 1 Sıvıların Kaldırma Kuvveti 2 Gazların Kaldır ma Kuvveti

Pamukkale Üniversitesi. Makine Mühendisliği Bölümü. MENG 219 Deney Föyü

EĞİTİM NOTLARI 16 BASINÇLI HAVA HATLARI BASINÇLI HAVA HATLARI

Basınç sensörlerinin endüstride kullanımı

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin dönüşümünde? işareti yerine gelecek sayıyı bulunuz.

HİDROLİK-PNÖMATİK. Prof. Dr. İrfan AY. Makina. Prof.Dr.İrfan AY. Arş.Gör.T.Kerem DEMİRCİOĞLU. Balıkesir

Maddelerin ortak özellikleri

Bölüm 5 KONTROL HACİMLERİ İÇİN KÜTLE VE ENERJİ ÇÖZÜMLEMESİ. Bölüm 5: Kontrol Hacimleri için Kütle ve Enerji Çözümlemesi

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ Ders 4

Fiziksel bir olayı incelemek için çeşitli yöntemler kullanılır. Bunlar; 1. Ampirik Bağıntılar 2. Boyut Analizi, Benzerlik Teorisi 3.

Enerji iş yapabilme kapasitesidir. Kimyacı işi bir süreçten kaynaklanan enerji deyişimi olarak tanımlar.

İdeal gaz Moleküllerin özhacimlerinin moleküllerin serbestçe dolaştıkları tüm hacim oranı çok küçük olan (yani tüm hacim yanında ihmal edilebilecek

Fizik 203. Ders 6 Kütle Çekimi-Isı, Sıcaklık ve Termodinamiğe Giriş Ali Övgün

AKIŞKAN STATİĞİNİN TEMEL PRENSİPLERİ

Soru No Puan Program Çıktısı 3, ,8 3,10 1,10

Bileşen Formüller ve tarifi Devre simgesi Hidro silindir tek etkili. d: A: F s: p B: v: Q zu: s: t: basitleştirilmiş:

KBM0308 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı I HAVA AKIŞ DENEYİ. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

Bölüm 5 KONTROL HACİMLERİ İÇİN KÜTLE VE ENERJİ ÇÖZÜMLEMESİ

PNÖMATİK TEMEL PRENSİPLER. Öğr. Gör. Adem ÇALIŞKAN

ENERJİ DENKLİKLERİ 1

İçten yanmalı motorlarda temel kavramlarının açıklanması Benzinli ve dizel motorların çalışma prensiplerinin anlatılması

Transkript:

Vakum Teknolojisi * Prof. Dr. Ergun GÜLTEKİN İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Giriş Bilimsel amaçla veya teknolojide gerekli alanlarda kullanılmak üzere, kapalı bir hacim içindeki gaz moleküllerinin veya buharın ortamdan boşaltılması bir vakum işlemidir. Hava veya herhangi bir gazı kapalı bir yere pompalayarak o ortamın basıncını artırmak mümkündür. Vakum yaparken bu işlemin tam tersi ortamın gazı dışarı çekilerek basıncı azaltılmaktadır. Bilimsel çalışmalar da böyle basıncı azaltılmış ortamlarda yapılır Uluslararası tanıma göre Vakum: Basıncı Atmosferik Basıncın altında olan gazların doldurduğu kapalı bir ortam olarak tarif edilmiştir. Bir deney sistemi içinde bulunan yabancı gazlar ve buhar deneyin gerçekleşmesini engeller. Bu nedenle deneyin yapılacağı ortamın çok temiz olması ve yabancı maddelerden (gazlar ve buhar) arındırılması şarttır. Böyle bir ortamın sağlanabilmesi vakum pompaları kullanılarak gerçekleştirilebilir. Şekil 1. Bu şekilde elde edilen ortam yapay bir vakum ortamıdır. (Uzay ise doğal bir vakum ortamıdır). Ortamın yabancı gazlardan temizlenmesi doğrudan ortalama serbest yol olarak adlandırılan fiziksel bir büyüklüğü etkiler. Vakum Ölçer Vana Vakum Ortamı Atmosfer Vakum pompası Şekil.1 Basit bir vakum sisteminin prensip şeması Ortalama Serbest Yol Bir gaz ortamında moleküllerin hareket ederken çarpışma yapmadan gittiği yol ortalama serbest yol olarak tanımlanır ve λ ile gösterilir. Ortalama serbest yol deneylerde çok önemli bir kavramdır. Ortamın vakum yapılması doğrudan bu fiziksel değeri etkilemektedir. Kapalı bir hacim içerisindeki molekül yoğunluğu ne kadar fazla ise moleküller arası çarpışma o kadar yoğun olmaktadır. Amaç, bu gereksiz çarpışmaları ortadan kaldırmaktır. Ortalama serbest yol kinetik teoriyi kullanılarak bulunabilir. Kinetik teoriden ortalama serbest yol 1 olarak verilmiştir. Burada σ molekül çapı, n yoğunluktur. 2 2 n

Denklemden görüldüğü gibi ortalama serbest yol ortamdaki molekül yoğunluğu ile ters orantılıdır. Ortamda deneyle ilgisi olmayan molekül sayısı arttıkça ortalama serbest yol azalır, deneyin gerçekleşmesini sağlayacak tanecikler çok fazla çarpışma yaparak enerjilerini kaybeder. Sonuçta deney başarısız olur. Ortalama serbest yol ne kadar büyük olursa deney şartları o kadar iyi olur. Tablo 1 de bazı vakum değerlerindeki ortalama serbest yollar verilmiştir. Yapılan deneyin şartlarına uygun vakum değerleri bu tablodan seçilebilir.. Pressure (torr) veya mm Hg 760 Atmosfer Basıncı Molekül Yoğunluğu (mol.cm -3 ) Tablo 1 Birim alanda yapılan Çarpışma (cm -2.sec -1 ) Ortalama Serbest yol (cm) 2.5x10 19 3.2x10 23 6.5x10-6 1 3.3x10 16 4.3x10 20 5x10-3 10-3 3.3x10 13 4.3x10 17 5x10 0 10-6 3.3x10 10 4.3x10 14 5x10 3 10-9 3.3x10 7 4.3x10 11 5x10 6 10-12 3.3x10 4 4.3x10 8 5x10 9 Vakum Birimleri Atmosfer basıncında kapalı bir hacmin içine hava gönderilirse ortamın basıncı artar. Bu basınç birim olarak 1 atmosfer veya katlarıdır. Aynı şekilde bu ortamın havası boşaltıldığında ortamın basıncı 1 atmosferin altına düşer. Bu nedenle basınç ve vakum birimleri aynı büyüklüklerle tarif edilmektedir Tablo 2. Bir kapalı hacimde gaz basıncı Pascal ( Pa ) birimi ile tarif edilir ve Pa= N/m 2 ( N= Newton, m= metre) ifadesiyle verilir. Vakum çalışmalarında birim olarak Torr veya Pascal kullanılır. Basınç birimi olarak bar kullanılır. Tablo 2 Pa bar atm Torr = mmhg Pa 1 10-5 987x10-8 750x10-5 bar 10 5 1 987x10-3 750 atm 1013x10 2 1.013 1 760 Torr = mmhg 133.3 133x10 5 132x10-5 1

Vakum Sisteminin kurulması Deney yapılacak ortamın havasını boşaltmak için mekanik vakum pompası kullanırken ileri derecede vakum ortamı elde etmek amacıyla birkaç pompadan meydana gelen pompalar kombinasyonu da kullanılabilir. Yukarıdaki hesaplama yöntemlerinden yararlanarak uygun hız ve hacme sahip gerekli pompalar seçildikten sonra bağlantı elemanları, vakum ölçerler, vanalar, borular kullanılarak sistem kurulur, Şekil.2. Hazırlık sırasında vakum elemanlarının çok iyi temizlenmesi ve eldiven giyilerek eldeki doğal deri yağlarının malzemeleri yağlamasına engel olmak gerekir. Şekil 2 Deney kabına bağlı bir vakum sistemi. X I -X L -X F : Vana, G 1 -G 2 : ölçme başlıkları. Gaz kanunları Vakum yapabilmek için ortamdaki gas veya buharın boşaltılması olduğu için öncelikle gazların dinamiğini bilmek gerekir. Gazların p basıncı ve V hacmi arasındaki bağıntı ideal gaz denklemi ile verilir. PV=NkT (1) şeklinde verilir. Denklemdeki N birim hacimdeki toplam gaz moleküllerinin sayısı; T mutlak sıcaklık; k Boltzmann sabitidir, değeri 1.38.10-22 torr.l.k -1 dir. Gaz Akışı (Throughput) ve Hızı Vakum sistemlerinde, birim zamanda boşaltılan gaz akışının belirlenmesi önemli bir büyüklüktür. Gaz akışının ölçülmesiyle aynı zamanda gaz moleküllerinin boşaltılmasından ileri gelen birim zamandaki kütle kaybı hakkında da bilgi sahibi olabiliriz. Denklem (1) de sabit sıcaklıkta bir sistemdeki gaz miktarının sistemin hacmi ve basıncı ile orantılı olduğunu vermektedir. Birim zamandaki akış miktarı, PV nin birim zamandaki değişiminden yararlanılarak bulunur. Buradan akış miktarı Throughput (flow rate) aşağıdaki gibi tanımlanır. d q ( PV ) (2)

Buradaki negatif işaret gaz akışının pozitif olmasını sağlamak için konmuştur. Çünkü, basınç veya gaz moleküllerinin sayısı zamanla azalacağı için birim zamandaki değişimi negatif olacaktır. Şimdi (2) denklemini yeniden düzenlersek, dp dv q V P (3) olur. Eğer üzerinde çalışılan sistem sabit hacimli ise hacimde bir değişme dp olmayacaktır..birim zamandaki gaz akışı, q V olacaktır ve throughput basıncın düşüş miktarının bir bölümü olacaktır. Bu sistemin anlık basıncı P olsun, bu durumda dv gaz akışı q P ile verilir; throughput q birim hacimden akan gaz miktarı olarak belirlenir. dv terimi S (Hız) olarak tanımlanır ve kısaca q = SP (4) ile verilir. Bu kavram vakum pompalarının seçimi için önemlidir. Burada pompanın hızı birim zamanda sistemden çıkarılan gazın hacmi ile birlikte tarif edilmiştir. Burada gaz akışı (throughput) = q birimi torr l sec -1 Hız = S birimi..l sec -1 veya l min -1 Bu değerlerden yararlanarak kullanılacak pompa için uygun hız ve hacime sahip pompa seçimi yapılır Vakum ortamı bulunduğu seviyelere göre de isimlendirilir Tablo 3 Tablo 3 Vakum ortamının sınıflandırılması Düşük vakum Orta vakum 750 torr- 1 torr 1 torr- 10-3 torr Yüksek vakum 10-3 torr-10-6 torr Çok yüksek vakum İleri yüksek vakum Çok ileri yüksek vakum 10-6 torr-10-9 torr 10-9 torr 10-12 torr 10-12 torr-10-16 torr

Hızlandırıcılarda Vakum Sistemi Büyük hızlandırıcı deneylerinde çok sayıda vakum sistemi kullanılmaktadır. Örnek olarak CERN araştırma merkezinde 27 km uzunluğundaki deney sisteminde yüzlerce vakum sistemi kullanılmaktadır. Bunlardan bir tanesinin prensip şeması Şekil 3 de verilmiştir. Şekil 3. CERN araştırma merkezinde Large Hadron Collider üzerindeki bir vakum pompa sisteminin prensip şeması Vakum Sistemi pompa ve elemanları için bazı örnekler Aşağıda vakum elemanlarını tanıtan fotoğraflar yer almaktadır. 1-) Mekanik Vakum pompası (Rotary pump, Primer pump olarak da adlandırılır) 2-) Küçük mekanik Vakum pompası 3-) Vakum ölçer ve başlığı (Pirani ve penning vakum ölçerler) 4-) Difüzyon pompası ( yüksek vakum değerlerine ulaşabilmek için mekanik pompa ile birlikte kullanılır ) 5-) Kompakt bir vakum sistemi ( Küçük mekanik vakum pompası, Vakum ölçer ve Başlığı, Difüzyon pompası birlikte monte edilmiş, deney kabına bağlanmak üzere hazır bir sistem). 6-) Turbomoleküler pompa (Çok yüksek vakum elde edebilmek için jet motorları prensibinde Yapılmıştır). 7-) Vakum Sistemi Bağlantı Elemanları

1- Mekanik Vakum Pompası 2- Küçük Mekanik Vakum Pompası 3-Vakum Ölçer ve Başlığı Difüzyon Pompası 4-Difüzyon Pompası 5-Kompakt Küçük bir Vakum Sistemi

6-Farklı Boyutlarda üç Turbomoleküler Pompa 7-Vakum Sistemi Bağlantı Elemanları için Örnekler