なぜ真空中で気体は上へ昇るのか

質問

真空度が高い空間においては、気体は鉛直上向きに昇っていきますが、それはなぜでしょうか？

周りにより密度の大きい気体が存在しないなら、重力のみが気体分子にかかって、鉛直下向きに下がっていくのではないのでしょうか？

回答No.5

noname#252183 · ベストアンサー

>私が見た真空蒸着装置の図では、基板が蒸着材料の鉛直上側にあったので、気化した材料分子は全て鉛直上向きに飛ぶのかと思っていました。
>実際の所は、「全方位へ飛ぶので、基板の位置はどこでも良いが、たまたま鉛直上側に付いていた」ということでしょうか？

実際の所は、この中間ですね。
材料の表面に垂直な方向、下方水平に材料が置かれていれば鉛直上方、材料が垂直に置かれていれば水平方向に、大部分の蒸発原子・分子が飛び出す筈です。
とはいえ材料は、蒸発させるため溶融するので、実際は(No4さんご指摘のように)下方水平以外には置き方がないでしょうね。
個々の原子分子に重力は働きますが、蒸発して飛び出すときの運動量が大きいので、重力は無視できるでしょう。

でも蒸発した原子分子は、真空蒸着室の壁面にも付着します。
この理由として考えられるのは、
1.多少は材料表面から斜めに飛び出す原子分子もあるでしょう。
2.真空蒸着の 10＾-5～10～＾-6 torr (1torr = 1mmHg = 133Pa)という真空度では、真空ポンプで抜けきらなかった残存空気があり、衝突により蒸発原子分子の道筋を変えてしまう可能性もあります。

ちなみに真空ポンプで空気を抜くのは難事です。
ポンプにつながる配管中の空気は、圧力差が最後は殆どゼロになるので、たまたまポンプに向かって飛んできた窒素や酸素の分子だけを、油蒸気にくっつけたりして除去可能です。
そのため装置とポンプを結ぶ配管は、まっすぐ、できるだけ太くします。

お礼

ご回答ありがとうございます。

大部分の蒸発分子は材料表面と垂直に飛ぶんですね。

回答No.7

debukuro

真空蒸着では静電蒸着を併用します
工作物を上にするので蒸気は上に行きます
真空のせいではなく静電気のせいで上に行くのです

お礼

ご回答ありがとうございます。

蒸発分子に静電気を帯びさせて、基板そばの電極で引っ張るために大部分が基板の方向へ向かう、ということですね。

回答No.6

fatbowler

真空蒸着の環境では、蒸発した分子（原子）は、全方向に飛んで行きます。
装置の影になる以外に特に方向が特定される合理的理由はありません。
試料から放射状に飛び出した分子（原子）は真空中では衝突する分子が
ないためそのまま直進します。
鉛直上方に装置の影がなければ、鉛直上方へも飛んでいくだけのことです。

お礼

ご回答ありがとうございます。

試料から飛び出す瞬間は全方位に飛ぶ、ということでしょうか？

回答No.4

noname#100814

真空度が高い空間などと言うから皆さん宇宙空間でのようなことを考えてしまうのです。
　真空蒸着でしたら、下記サイトの図のように、水平に置いた加熱盤？の上に蒸着しようとする物質を載せれば
蒸発した分子が上向きに飛んでゆくことに何の不思議もないのではないですか？
　加熱盤を下向きにすれば鉛直下向きに飛んでゆくのではないですか？
　もっともそんなことをすると、加熱する前に蒸着物質が下に落ちてしますでしょうけれど。
http://www.sanyu-electron.co.jp/genri/vcev_01.html

お礼

ご回答ありがとうございます。

真空蒸着で基板が上に取り付けられているのは、逆だと材料が下に落ちてしまうからなんですね。

回答No.3

debukuro

真空中で気体が上昇するのなら地球表面から大気が逃げてしまうはずです
それとも真空中で気体が重力に逆らって上昇する事実があるのですか

お礼

ご回答ありがとうございます。

回答No.2

BookerL

＞真空度が高い空間においては、気体は鉛直上向きに昇っていきますが、

　とありますが、この事実があるのですか？

　気体の分子は温度に応じた運動エネルギーを持っており、それに対応する速度で運動しています。通常の気体中では、他の分子と衝突をくり返し、運動する向きはランダムになります。

　真空中に１個だけ気体分子がある、という想定では、その分子の初めの運動の向きにより、たまたま鉛直上向きであればその方向に動くだろうし、横向きならその方向に動くでしょう。そしてそのあとは、重力によって速度が変わっていきます。要するに「放物運動」になります。

　「重力のみが気体分子にかか」る運動になるのは間違いありませんが、鉛直下向きになるかどうかは初速度の向きによります。

お礼

私が見た真空蒸着装置の図では、基板が蒸着材料の鉛直上側にあったので、気化した材料分子は全て鉛直上向きに飛ぶのかと思っていました。

実際の所は、「全方位へ飛ぶので、基板の位置はどこでも良いが、たまたま鉛直上側に付いていた」ということでしょうか？

補足

お礼を忘れておりました。ご回答ありがとうございました。
大変失礼いたしました。

回答No.1

indoken

質問の前提自体に誤解があるように思われます。
「真空度が高い空間においては、気体は鉛直上向きに昇る」なんてことにはならない。
真空度が高ければ、そもそも気体が（ほとんど）存在しないのでは？

お礼

ご回答ありがとうございます。

真空蒸着において、真空チャンバー内で材料気体を発生させる場合のことを書いたつもりでした。分かりにくくて申し訳ありません。