反応性スパッタリングという物に携わっている者なのですが
ArガスとN2ガスの分圧が出せなくて困っています
既知なものは

各ガス流量(ml/min)
真空槽内の全圧(Pa)

単純にガス流量の比で全圧を割るのでしょうか?
気体の状態方程式で算出できるかと思って色々がんばりましたが
これだという答えはでませんでした 頭悪いもので(笑)

どなたかよろしくお願いします

A 回答 (2件)

たびたび、追加(^^;



ふと思ったのですが

・ガス流量xはチャンバー内のガス量に比例する。
・ある気体の分圧はガス量に比例する。

つまり、ガス流量はチャンバー内のガスの分圧に比例する。

単純計算すると

PV=nRT でT, Vは一定、Rは定数
P=P1+P2
P1:P2=x1:x2

気体1の分圧は
P1=[x1/(x1+x2)]×P

となりませんか?

間違えてたら補足してください
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ん~、私もスパッタやってました(笑)



ガス流量比をmol比になおすと言う方法もいいと思います。

あとはガスを入れるときに
Arガス x Pa
を流したあとに(このときの全圧はx Pa)
N2ガス流入させ希望する全圧までもっていく。

当然、

全圧-x=y

yはN2の分圧

となるわけです。

分かったでしょうか?

他にもプラズマの発光を分光させ、ある波長の光の強度を測る装置を用いて(ある元素はある固有波長の発光をすることはご存じと思います)その強度から分圧を求めると言った方法も考えられますが……装置が必要です(笑)

そんなところでしょうか
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この回答へのお礼

おお スパッタの先輩だ!((泣))
うちにある装置不便なことに分圧を表示しないんです!
ガスを圧でなく流量で示している文献なんてないですよね(笑)

上の説明よくわかりました! ありがとうございます!

ちなみにマグネトロンスパッタリング法でTiN膜付けてます
スパッタの先輩とは心強いです また見かけたらアドバイスお願いします!

P.S 補足要求とありましたが何かあったでしょうか?
   具体的に言って頂ければ補足します!!

お礼日時:2001/04/03 00:36

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Q細長い管路に空気を通した場合の、圧力損失と流速の関係

お世話になっております。

はせこう、と申します。
現在、ある空気圧制御機械を設計しておりまして、流量の計算のために
流体力学を勉強しております。

現在、下記のような実験モデルを考え、空気の流れ方を計算しています。

(1)ある容量V[m^3]の金属製の容器に、長さ L[m] 内径 2d[mm](だいたい、直径3mm) の
 内部がなめらかで内径が一定な管路がまっすぐ、地面と水平に接続されています。
(2)いま、容器内の圧力が P [kPa] のときに管路の末端を開放すると、
 空気が流出します。
(3)このときの、管路内の空気の圧力と流速の関係を求める。

といった場合に、

考察A:
 ア) 管路内のある位置 x での圧力は、容器から遠ざかるにつれて下がっていく
  →圧力損失(ワイズバッハの式より)
 イ) 管路内のある位置 x での流速は、容器から遠ざかるにつれて上がっていく(質量保存の法則より。圧力が下がると密度も下がるので、質量流量を保とうとすると、速度が上がる。)

といった理解をしているのですが、これは正しいでしょうか。
また、上記"考察A"が正しい場合、

考察B:
 ア) 管路内の空気の流速は、音速を超えられないので、管路がいくら長くなったとしても、流速が音速を超えることがない。
 イ) 流速が音速を超えた後は、流速が変わらないので、密度が変わらない。(質量流量保存則より)
 ウ) 密度が変わらないので、圧力も変わらない。

 即ち、管路内のあるところで流速が音速と同じになったあとは、その後いくら管路が長くても圧力損失は起きない

という理解は正しいでしょうか。

考察Bに関しては自分としても、何か腑に落ちない理解です。
たぶん、圧力損失は生じるのだと思いますが、
質量保存則を考慮に入れると、どうも圧力が一定になるような気がしています。

皆様お忙しいとは存じますが、教えていただければ幸いです。

以上、よろしくお願い申し上げます。

お世話になっております。

はせこう、と申します。
現在、ある空気圧制御機械を設計しておりまして、流量の計算のために
流体力学を勉強しております。

現在、下記のような実験モデルを考え、空気の流れ方を計算しています。

(1)ある容量V[m^3]の金属製の容器に、長さ L[m] 内径 2d[mm](だいたい、直径3mm) の
 内部がなめらかで内径が一定な管路がまっすぐ、地面と水平に接続されています。
(2)いま、容器内の圧力が P [kPa] のときに管路の末端を開放すると、
 空気が流出します。
(3)このと...続きを読む

Aベストアンサー

管径・管長が決まっていれば、
管内を流れる流体(定常流)に関する変数は3つです。
(1)入口圧力、(2)出口圧力、(3)流量
上記の内、2つを決めれば残り一つは計算できます。

質問の場合は(1)入口圧力(2)出口圧力から
(3)流量を計算することになるでしょう。

ワイズバッハの式を利用するのであれば、
摩擦損失係数の決定に関連して繰り返し計算が必要になります。
解析的な解法はありません。

Q可燃性ガスの流量測定/流量計の選定

フラスコ内で発生させた可燃性ガス(水素など)の瞬間流量の測定を実施したいと考えています。探してはみたものの簡易的な流量計は非可燃性ガス(窒素など)対応の流量計ばかりで困っています(必ずしも防爆仕様である必要はないと思うんですが)。流量計の精度は高い必要はありません。安価で目安量がわかる程度の流量計はないでしょうか?

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一番安価で精密なのは「セッケン膜流量計」です。
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Q圧力損失とは 

圧力損失について色々検索し調べましたがいまいち分かりませんのでご教授下さい。

供給圧力が一定と仮定した場合
流れる流量と圧力損失(配管長さ)の関係を教えて下さい。
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圧力損失が増えると流量が多く必要となる。
→配管長さが長いと圧損が大きいので流量が多い。
配管が短いと圧損が小さい→流量が少ない。

以上のイメージから配管を長くすればするほど必要流量が大きくなる。
ポンプの性能で最大流量が決まっているので、ある長さから必要な流量をまかなえなくなる。
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こういうことは本当にあるのでしょうか?

長くなりましたが、1.流量と圧力損失の関係、2.上記の理解で正しいかどうかご教授下さい。

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全水頭H=供給圧力一定とした場合
全水頭Hは
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圧力損失が増えると流量が多く必要となる。
圧力損失が増えれば、流速=流量は減る。
(多く必要となる=設計者の意思?)
→配管長さが長いと圧損が大きい
ので流量が多い。=>流量は小さい
配管が短いと圧損が小さい→流量が少ない。=>流量は多い

以上のイメージから配管を長くすればするほど必要流量が大きくなる。
必要流量=だれが必要としているのか?

→配管を長くすれば、圧損がふえ、流量が減る。

ポンプの性能で最大流量が決まっているので、ある長さから必要な流量をまかなえなくなる。
それ以上の長さになると流体は配管の途中で止まってしまう。
流速が減ると損失の減るので単純ではないが大まかには正しい。

Q全圧、分圧

体積1.12Lの容器にN2=7.0g、H2=1.0g、Ar=10gからなる0℃の混合気体が入っている。これらすべて理想気体であるとして、次の問いに答えよ。 ただし、原子量H=1.0、N=14、Ar=40、気体定数8.31×10^3Pa・L/(K・mol)とする。
1容器内のN2、H2、Arの分圧はそれぞれ何Paか。
2容器内の混合気体の全圧は何Paか。

N2=7.0g、H2=1.0g、Ar=10gなので、
N2=0.25mol、H2=0.5mol、Ar=0.25mol
よって気体全体のmol数は1mol
PV=nRTより
P×1.12=1×8.31×10^3×273

N2:H2:Ar=1:2:1(mol比)なので

とここまでは分かるのですが
P(N2)=5.08×10^5Pa,
P(H2)=1.02×10^6Pa,
P(Ar)=5.08×10^Pa
はどう出したのでしょうか。

Aベストアンサー

こんばんは。

N2の分圧をPN2、H2の分圧をPH2、Arの分圧をPAr、
と置きます。

混合気体の状態方程式は、各種類の分子の分圧ごとに立てることができます。 ← 重要!!!
つまり、
PN2・V = 7.0/28 × RT
PH2・V = 1.0/2.0 × RT
PAr・V = 10/40 × RT
です。
3種類の気体が力を合わせて周りを押すので、分圧の合計が全圧になるわけです。

PN2 = 7.0/28 × RT/V
PH2 = 1.0/2.0 × RT/V
PAr = 10/40 × RT/V

ここで、
RT/V = 8.31×10^3[Pa・L/(K・mol)] × 273[K]/(1.12[L])
 = 2.03×10^6 [Pa/mol]

よって、
PN2 = 7.0/28 [mol] × 2.03×10^6 [Pa/mol]
 = 5.08×10^5 [Pa]

PH2 = 1.0/2.0 [mol] × 2.03×10^6 [Pa/mol]
 = 1.02×10^6 [Pa]

PAr = 10/40 [mol] × 2.03×10^6 [Pa/mol]
 = 5.08×10^5 [Pa]


もちろん、あなたが考えたとおり、全圧を求めてから、モル数の比で、
全圧の1/4 : 全圧の1/2 : 全圧の1/4
と分配しても、同じ答えに行き着きます。

ただし、題意は、3つの分圧を求めてから全圧を求めるということですので、
分圧を先に計算するんでしょうかね。


以上、ご参考になりしたら幸いです。

こんばんは。

N2の分圧をPN2、H2の分圧をPH2、Arの分圧をPAr、
と置きます。

混合気体の状態方程式は、各種類の分子の分圧ごとに立てることができます。 ← 重要!!!
つまり、
PN2・V = 7.0/28 × RT
PH2・V = 1.0/2.0 × RT
PAr・V = 10/40 × RT
です。
3種類の気体が力を合わせて周りを押すので、分圧の合計が全圧になるわけです。

PN2 = 7.0/28 × RT/V
PH2 = 1.0/2.0 × RT/V
PAr = 10/40...続きを読む

Q配管中のガス流の圧力損失によるエネルギー損失

配管を流れるガスの圧力損失によるエネルギー損失(正確には仕事率[J/s]の損失)の計算方法が知りたいです。

例えば、体積流量Vin[m3/s]の空気流が配管中に設けてあるバルブによって受ける圧力損失をΔP(=Pout-Pin)[Pa]としたときの、空気が経験する仕事率損失ΔW[J/s]はいくらになるかという問題において、バルブ通過後のガス温度がどうなるかがよく理解できていない為だと思うのですが、計算方法が分かりません。
ちなみに配管の径が不明な為、ガス流速は算出できないという条件です。
求められている精度はそれほど高くないので概算でOKです。

さしあたって思いつく解としては
(1)ΔW = ΔP x Vin
(2)ΔW = ΔP x Va (Va:平均流量=(Vin+Vout)/2)
(3)ΔW = ΔP x Vout

の3つですが、全く見当違いの気もします。

どなたか宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

このようなときには、一般的な解法に従うべきだと思います。

先ず、高圧側の空気inに魔法をかけて、赤色に色付けします。
次に、この空気が低圧側に流れますので、低圧側に流れた空気out
に魔法をかけて青色に色付けします。

この赤と青は色が変わっただけで同じものです。
これが外部になす仕事をWとします。

W=∫PdV です。・・・・・・・・・(1)

空気を理想気体、つまり Pout*Vout=constant=Pin*Vin が成立するとします。
これは、赤の状態、青の状態、についてだけ成立しますが、
赤から青に変化するときには、どのような関係が成立するか不明です。

色の変化の途中では、可逆断熱変化をすると仮定します。
空気のバルブを通過する時間は短いので、理論的に加熱または冷却には時間が必要ですが、
さっと通過してしまうので熱交換がないと仮定するのです。

そうすると、色の変化時には PV^k=constant=Pin*Vin^k が成立します。
ここで、kは比熱比という物性値で、空気の場合にはk=1.4です。

そうすると、V=(Pin)^(1/k)*Vin*P^(-1/k)
これを微分します。
      dV={(Pin)^(1/k)*Vin}*(-1/k)*P^{-(1/k)-1}dP
これを(1)式に代入してVを消してかPだけの式として積分します。

W=∫PdV={(Pin)^(1/k)*Vin}*(-1/k)∫P*P^{-(1/k)-1}dP
={(Pin)^(1/k)*Vin}*(-1/k)∫P^{-(1/k)}dP
={(Pin)^(1/k)*Vin}*(-1/k)*{k/(k-1)}* [ { Pout^{ k-1/k}-Pin^^{ k-1/k} ]

k,Pin,Pout、Vin は既知ですので W を計算して下さい。
なお、これは理論式ですので、圧力はゲージ圧ではなく絶対圧を使ってください。

式の変形は間違っていないとおもいますが、文字が小さいので定かではありません。
何も見ずに、この式を導き出したので合っているかどうかは保証の限りではありません。

このようなときには、一般的な解法に従うべきだと思います。

先ず、高圧側の空気inに魔法をかけて、赤色に色付けします。
次に、この空気が低圧側に流れますので、低圧側に流れた空気out
に魔法をかけて青色に色付けします。

この赤と青は色が変わっただけで同じものです。
これが外部になす仕事をWとします。

W=∫PdV です。・・・・・・・・・(1)

空気を理想気体、つまり Pout*Vout=constant=Pin*Vin が成立するとします。
これは、赤の状態、青の状態、についてだけ成立しますが、
...続きを読む

Q化学 混合気体の全圧分圧

3.0Lの容器Aに2.0×10の5乗Paの窒素を
2.0Lの容器Bに1.0×10の5乗Paの水素を入れ
コックを開いて両気体を混合した
温度は常に一定 混合後の気体について次の問いに答えよ
(1)窒素の分圧何Pa
(2)全圧は何Pa
(3)各気体のモル分率はそれぞれいくらか
(4)混合気体の平均分子量はいくらか

急ぎです
詳しい解答と解説をお願いします

Aベストアンサー

体積と圧力の積は一定、つまり反比例します

1)体積が3Lから5Lに増えたので、圧力は3/5倍。つまり1.2hPa

2)同様に水素の分圧は2/5hPa=0.4hPa
全圧は二つの和なので、1.6hPa

3)温度一定より、モル数は体積x圧力に比例(比例定数をCとおく)
窒素 : 6hC
水素 : 2hC
全体 : 8hC
よって、モル分率は
3/4と1/4
(コックを開いた後は体積も一定となるため、モル数は圧力に比例。よって全圧に対する分圧でも出ます)

4)
窒素の分子量 : 28
水素の分子量 : 2
よって平均分子量は28x3/4 + 2x1/4=21.5

(温度をTとでも置いて、各気体のmol数を出す。
そこからそれぞれの質量を求め、合計の重さを求める。
全圧と体積、温度(T)があるので、mol数が計算出来る。
後は合計の重さをmol数で割っても同じ値になります)

Q許容圧力損失とは?

(1)許容圧力損失の言葉の意味を教えてください。
許容圧力損失とは・・・で始まる形で


(2)またどういう時に必要な数値でしょうか。
例えば、こうこうこういうケースで、その時に許容圧力損失をこういう理由で求める必要がある・・←こういう説明をして欲しいです。

Aベストアンサー

流体力学、流れ学関連ですね?

許容圧力損失
文字通りの意味です。
流体はある流路を流れると流路を形成する壁との間での摩擦損失により圧力が下がります。(圧力エネルギーが失われます)

流路に流体を流すには圧力損失を補償する元圧力が必要ですが、一般的にそれはポンプで与えられます。
ポンプを一度施設すると、交換しない限り元圧を大きくすることは出来ません。
流路に異物が付着して流路面積が小さくなると、流速があがり、圧力損失は増大して、元圧ではカバーできなくなります・・所定量の流体を送れません・・許容圧力損失が管理値として重要な所以です。

Q気体の状態方程式で・気体分圧・全圧を求めるには?

はじめまして、お世話になります。

問)3.2gの酸素と8.4gの窒素を27℃で20Lの鉄製ボンベに入れた。混合気体の全圧・分圧を求めなさい。
N=14、O=16

ということで、PV=nRTの御出まし
P=nRT/Vに変形

酸素と窒素の原子量より個々のモル(n)を求め
P=nRT/Vに代入し分圧が出ます。
そこで問題なのですが…先生の解答では

まず先に個々のモルを足しその合計を「P=nRT/V」に代入し全圧を出しその後

全圧×1/4・全圧×3/4で個々の分圧を出しています。

でも私は個々のモルから個々の分圧出し、分圧を足し
全圧を出しました。

先生の解答はと私の解答は分圧は合ってるのですが、全圧の小数点以下が違います。手順が違う事が原因だと思いますが。

(N2)分圧+(O2)分圧=全圧、ではいけない理由を教えてください(手順が間違っている理由ですねTT)

ちなみに私の解答は「0.411」
   先生の解答は「0.492」

???化学も数学の要素がいっぱいなので、手順が大事だと思います^^;

あと、原子量が提示されてる場合は「まずモルを求めるのが先」と考えてよろしいのでしょうか?

はじめまして、お世話になります。

問)3.2gの酸素と8.4gの窒素を27℃で20Lの鉄製ボンベに入れた。混合気体の全圧・分圧を求めなさい。
N=14、O=16

ということで、PV=nRTの御出まし
P=nRT/Vに変形

酸素と窒素の原子量より個々のモル(n)を求め
P=nRT/Vに代入し分圧が出ます。
そこで問題なのですが…先生の解答では

まず先に個々のモルを足しその合計を「P=nRT/V」に代入し全圧を出しその後

全圧×1/4・全圧×3/4で個々の分圧を出しています。

でも...続きを読む

Aベストアンサー

>(N2)分圧+(O2)分圧=全圧
この式は正しいです。したがって、貴方の計算法と、先生の計算法では同じ答が得られるはずです。そこで、検算したみましたところ、全圧0.492 atmが正しいことがわかりました。おそらく、0.411 atmは単に計算の誤りと思われます。

以下、検算結果を示します。※有効数字は考えていません
(気体定数を、0.082 atm・L・mol^-1・K^-1 とします)
酸素の物質量 0.1 mol
窒素の物質量 0.3 mol
絶対温度 300 K
酸素の分圧 0.123 atm
窒素の分圧 0.369 atm
全圧 0.492 atm

Q圧力損失(Hagen-Poiseuille式)は材質によらないのですか?

Hagen-Poiseuille式で圧力損失を計算している時に思ったのですが圧力損失は材質(水とのなじみ度)によらないのですか?例えば親水性が強い材質と親水性が弱い材質で同じサイズのパイプを作ったら圧力損失は変わりそうな気がするのですが。。。考えを聞かせてくれませんか?よろしくおねがいします。

Aベストアンサー

連投すいません。ちょっとご質問に対する回答としては言葉不足な面があるかと思いまして・・・

パイプに流体を流したときの圧力損失のほとんどは、流体内部での摩擦損失(粘性による摩擦)だと思います。
同じ材質・寸法のパイプでも、流量を多くすればするほど圧力損失は増えていきます。レイノルズ数Reの増加で乱流化するためです。
15mmのパイプに0.4m/sで流す場合は0.32kPa/mですが、同じ材質のパイプでも1.0m/sで流せば、1.8kPa/mになります。
このようなことから、設備設計をする場合は「管内流速を2m/s以下にするように」といった条件で管径を選定します。

パイプの材質が変わった場合には、表面状態(起伏など)により流れの乱れ=渦の発生の度合いが変わり、それが圧力損失の違いに繋がっていると思います。

粘性のある流体を考える限りは、壁面での流速=0は変わらないはずなので、壁面と流体の摩擦が主要因の圧力損失の変化、というのは無いに等しいのではないでしょうか?

Q混合気体の全圧について…

こんにちは、いつもお世話になっております。
質問はタイトル通りなのですが、某大学の入試過去問です。
なんと明日入試本番であったりします^^;問題は…
「5[l]の二酸化炭素2.2g、メタン6.4gの混合気体が入っている。
 そこに3.0[mol/l]の水酸化ナトリウム水溶液を40[ml]を加えて振った。
 このとき全圧は何atmか。気体は27℃、気体定数R=0.082とする。」
…です!気体の状態方程式「PV=nRT」を使えば求められると思っていたのですが、どうもその解答の答えにならなくて…ええと、その解答は2.0[atm]でした。解説も全くなく、答えのみだったので、それだけ簡単な問題なのか…と思いつつも、質問させていただきました><;

どうか、ご解答よろしくお願いいたしますm(_ _)m

Aベストアンサー

水酸化ナトリウムに二酸化炭素は吸収されますよね。
それを頭に入れて計算してみてください。


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