DEPARTAMENTO DE FÍSICA

 

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Ano letivo: 2004-2005
Especificação técnica - ficha curricular
N.B. estas fichas estão definidas apenas desde 2007 (acordo de Bolonha).

Elementos especificos
código da disciplinaciclo de estudossemestre lectivocréditos ECTSlíngua de ensino
26pt *)

*) N.B.  se houver estudantes que não falem português a língua é o inglês.

Objectivos formativos
Com esta disciplina pretende-se transmitir aos estudantes conhecimentos de natureza geral em física e tecnologia do vácuo e permitir um primeiro contacto e experiência com diferentes sistemas de vácuo, a fim de que os estudantes possam, no futuro, utilizar, adquirir, montar ou efectuar a manutenção possível daqueles sistemas. Mais do que fornecer uma formação pormenorizada sobre os processos físicos fundamentais envolvidos, pretende-se contribuir para uma formação essencialmente prática e tecnológica na operação e selecção dos diferentes equipamentos de vácuo e na identificação das limitações que podem encontrar-se num dado sistema. Pretende-se, deste modo, transmitir ao aluno uma dinâmica mais incidente no ponto de vista de um utilizador de vácuo do que de um investigador nessa área. O estudante deverá desenvolver capacidades de consulta dos manuais dos diversos construtores/fornecedores de equipamento de vácuo, e/ou dos manuais do próprio equipamento e extrair as informações mais relevantes para as suas necessidades.
Programa genérico mínimo
Parte I Princípios fundamentais da física e tecnologia do vácuo.
1. Introdução.
Noção de vácuo, propriedades e suas aplicações.
2. Propriedades dos gases. O modelo cinético.
Densidade molecular, pressão, livre percurso médio,
taxa de incidência de moléculas numa superfície.
3. Sistema de vácuo fundamental.
3.1 Transporte de gás num sistema de vácuo.
3.2 Regimes de fluxo gasoso: turbulento, viscoso, molecular e intermédio.
3.3 Condutâncias dos elementos de ligação num sistema de vácuo.
3.4 Evolução temporal da pressão numa câmara de vácuo.
4. Sistema de vácuo real.
4.1 Pressão última; fugas reais e virtuais; fluxo de retorno.
4.2 Desgasificação das superfícies em vácuo; desadsorção; difusão a partir do interior dos materiais; permeabilidade; vaporização.
4.5 Diferentes materiais utilizados em sistemas de vácuo.
Parte II Produção e medição de vácuo.
5. Produção de vácuo.
Bombas mecânicas e turbomoleculares. Bombas de vapor: ejectoras e de difusão. Bombas de fixação: de absorção, de adsorção, iónicas e criogénicas. Sistemas de bombeamento. Acessórios.
6. Medição de vácuo.
Medidores de mercúrio, mecânicos; de condutibilidade térmica e de ionização.
7. Detecção de fugas.
Detecção com medidores de vácuo e bomba iónica. Detectores de fugas.
8. Analisadores de gases residuais/espectrómetros de massa.
9. Análise comparativa dos custos de um sistema de vácuo.
Custos de aquisição, operação e manutenção dos equipamentos.
Parte III Formação prática.
1. Produção de vácuo.
1.1 Operação de sistemas de vácuo turbomolecular, de difusão, com bomba iónica, bombas de adsorção.
1.2 Operação de evaporação térmica, deposição de filmes finos.
2. Medição de vácuo.
2.1 Operação com manómetros de Bourbon e capacitivos, Pirani, Penning e Bayard-Alpert.
2.2 . Operação de espectrómetro de massa quadrupolar
3. Manutenção de um sistema de alto-vácuo.
Desmontagem, limpeza, montagem, operação e detecção de fugas.
4. Trabalhos práticos com apresentação de relatório.
4.1 Estudo das características da bomba mecânica.
4.2 Efeito de uma condutância no bombeamento.
4.3 Estudo das características da bomba difusora.
4.5 Determinação da taxa de desgasificação (q½) de alguns materiais.
4.6 Determinação da constante de permeabilidade do Kapton para o He e o Ne.
Pré-requisitos
Física Geral
Química Geral
Mecânica Física
Física Atómica e Molecular
Competências genéricas a atingir
. Competência em organização e planificação;
. Competência para resolver problemas;
. Capacidade de decisão;
. Competência em aprendizagem autónoma;
. Adaptabilidade a novas situações;
. Competência em trabalho em equipas interdisciplinares;
. Competência em raciocínio crítico;
. Competência para comunicar com pessoas que não são especialistas na área;
. Criatividade;
. Competência em aplicar na prática os conhecimentos teóricos;
(por ordem decrescente de importância)
Horas lectivas semestrais
aulas teóricas20
aulas teórico-práticas4
aulas práticas laboratoriais26
trabalhos de campo4
orientação tutorial6
total horas lectivas60

Método de avaliação
Trabalho laboratorial ou de campo40 %
Resolução de problemas10 %
Frequência10 %
Exame40 %

Bibliografia de referência
A Users Guide to Vacuum Technology, J.F. OHanlon (IBM Thomas J. Watson Research Center), Wiley-Interscience publication, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1980, ISBN 0-471-01624-1
Tecnologia do Vácuo, A.M.C. Moutinho, M.E.F. Silva e M. Áurea Cunha, Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Lisboa, 1980.
Ultrahigh Vacuum Practice, G.F. Weston (Philips Research Laboratories), Butterworths & Co., London, 1985, ISBN: 0408014857.
Método de ensino
O ensino teórico é expositivo, recorrendo-se à escrita no quadro dos diagramas ou desenhos e das sequências do formalismo matemático em questão. Sempre que possível recorre-se à apresentação de exemplos teórico-práticos para maior objectividade e melhor aprendizagem por parte dos alunos.
As aulas práticas de pendor demonstrativo servem para os alunos tomarem contacto com a operação de diferentes sistemas de vácuo. No início dos trabalhos práticos em que os alunos vão operar autonomamente os sistemas de vácuo terá sempre lugar uma pequena discussão sobre os objectivos do  trabalho, o procedimento a seguir para atingir esses objectivos e os resultados  esperados.
Recursos específicos utilizados
Laboratório com sistemas experimentais de alto vácuo baseados em bombas difusoras (Bomba difusora, bomba mecânica, medidor de baixo vácuo e respectivo controlador, medidor de alto vácuo e respectivo controlador, válvula de alto vácuo, válvulas de vácuo, válvula de agulha)
Utilização/demonstração de equipamento avançado de vácuo existente nos diferentes grupos de investigação do Departamento de Física: