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Leckrate

Die Leckrate (auch: Leckagerate) ist ein Maß für die Größe eines Lecks.

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In der Vakuumtechnik ist die Leckrate folgendermaßen definiert:

Die Leckrate ist der Quotient aus dem pV-Wert eines Gases, das während einer Zeitspanne durch einen Leitungsquerschnitt strömt und der Zeitspanne. Dabei ist der pV-Wert das Produkt aus Druck und Volumen einer bestimmten Menge eines Gases bei der jeweils herrschenden Temperatur. Für ein ideales Gas ist bei gegebener Temperatur der pV-Wert ein Maß für die Stoffmenge oder die Masse des Gases. Die Leckrate ist abhängig von Gasart, Druckdifferenz und Temperatur.

Sehr kleine Lecks werden häufig mit Hilfe von Heliumlecksuchern detektiert. Dabei herrschen meist folgende Bedingungen: Gasart Helium, Druckdifferenz 1013 hPa, Temperatur 20 °C. Diese Bedingungen werden auch „Helium-Standard-Bedingungen“ genannt.

Formelzeichen und Maßeinheit

Als Formelzeichen der Leckrate wird meist Q oder Q_L verwendet. Folgende Maßeinheiten werden typischerweise für die Leckrate verwendet:

$1 \mathrm{\frac{Pa \cdot m^3}{s}} = 10 \mathrm{\frac{mbar \cdot l}{s}} \approx 7,5 \mathrm{\frac{Torr \cdot l}{s}}$

Eine Leckrate von 1 Pa*m³/s ist gegeben, wenn in einem abgeschlossenem, evakuierten Behälter mit dem Volumen von ein Kubikmeter der Druck in einer Sekunde um ein Pascal ansteigt.

Zusammenhang Leckrate zu Lochgröße

Folgende grobe Abschätzung gibt eine Vorstellung über den Zusammenhang zwischen geometrischer Lochgröße und zugehöriger Leckrate:

Gegeben sei ein großer Behälter mit einem kreisrunden Loch mit 1mm Durchmesser. Außerhalb des Behälters herrscht Atmosphärendruck, innerhalb Vakuum. Dann würden alle Luftmoleküle, die sich in einem Zylinder mit 1mm Durchmesser und 330 m Höhe „über“ dem Loch befinden, mit Schallgeschwindigkeit (330 m/s) in einer Sekunde in das Loch „fallen“. Dies entspricht folgender Leckrate ( = pV-Wert pro Sekunde):

$Q = 1013 hPa \cdot 330{\frac{ m}{s}} \cdot \mathrm{\frac{(0,001m)^2 \cdot \pi}{4}} \approx 26 \mathrm{\frac{Pa \cdot m^3}{s}}$

Aus dieser Abschätzung und der Größe von Viren und Bakterien können auch den landläufigen Begriffen „bakteriendicht“ und „virendicht“ entsprechende Grenzleckraten zugeordnet werden:

Bakteriendicht: Bakteriendurchmesser ca. 0,5 µm -> Q < 10^-5 Pa*m³/s

Virendicht: Durchmesser von kleinen Viren ca. 10 nm -> Q < 10^-9 Pa*m³/s

Moderne Heliumlecksucher können Leckraten bis zu 5*10^-13 Pa*m³/s detektieren. Dies entspricht einem Lochdurchmesser in der Größenordnung eines Atomradius.

Siehe auch

Kategorie: Vakuumtechnik

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Leckrate aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.