Атмосферный воздух — это основная газовая смесь, с которой приходится иметь дело в вакуумной технике (табл. 1.4). Он состоит в основном из азота, кислорода и паров воды. При 25°С и 50% влажности парциальное давление паров воды составляет 12 гПа.

Состав сухого атмосферного воздуха

Таблица 1.4

В качестве нормальных условий приняты давление 10^s Па и (=273 К. При этом, согласно уравнению (1.12), объем, занимаемый 1 кмоль равен 22,4 м³. При нормальных условиях молекулярная концентрация воздуха п=2,7-10²⁵ м~³. При среднеарифметической скорости п_ар=400 м/с частота соударений молекул с поверхностью твердого тела N, = 2,7-10²⁷ м^-2-с^-1, а объем газа, ударяющийся о поверхность твердого тела, V_Q=100 м³/(с-м²).

Большинство составляющих воздуха при нормальных условиях являются газами. В виде пара присутствуют лишь Н₂О, СО₂ и Хе. При Т=77 К, которую имеют поверхности вакуумных ловушек, охлаждаемые жидким азотом, большинство составляющих воздуха переходит в парообразное состояние и лишь Не, Н₂ и Ne остаются газами.

Давление атмосферного воздуха зависит от высоты над уровнем моря. При изменении высоты на dz давление изменяется на dp=—pgdz, где р— плотность газа; p=nm=pm/(kT)-, g— ускорение силы тяжести. Разделяя переменные, получим

После интегрирования имеем

Постоянная интегрирования С при z=0 равна давлению газа ро У поверхности Земли, поэтому

Полученное выражение называется формулой Больцмана, из которой следует, что при подъеме на каждые 15 км давление воздуха уменьшается примерно на один порядок. На рис. 1.4 показано изменение атмосферного давления на различной высоте от поверхности Земли.