к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Э  Ю  Я  

Вакуум
Вакуум (от лат. vacuum - пустота) - среда, содержащая газ при давлениях, существенно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между ср. длиной свободного пробега молекул газа и размером d, характерным для каждого конкретного процесса или прибора. Таким размером могут быть расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода, расстояние между электродами электровакуумного прибора и т. п. Величина равна отношению ср. скорости молекулы к числу Z столкновений, испытываемых ею за единицу времени: эту величину можно также выразить через диаметр молекулы d_М и число молекул п в единице объёма:

(для электронов в 5-6 раз больше).

В зависимости от величины отлошения различают низкий ( ), средний (), высокий () В. В низком В. преобладают столкновения молекул друг с другом, в высоком В. преобладают столкновения молекул со стенками камеры. В обычных вакуумных установках и приборах (d=10 CM) низкому вакууму соответствуют давления р>10^2 Па (1 мм рт, ст.), среднему В.- от 10^2 до 10^-1 Па (1-10^-3 мм рт. ст.), высокому вакууму - р<10^-1 Па (10^-3 мм рт. ст.; табл. 1). В по-рах или каналах диам. ~1 мкм высокому В. соответствует давление начиная с десятков и сотен мм рт. ст., а в камерах для имитации космич. пространства (объёмом в десятки м^3) граница между средним и высоким вакуумом порядка 10^-5 мм рт. ст.

где - коэф. захвата частицы поверхностью. Сверхвысоким В. наз. область давлений р<10^-8 мм рт. ст., когда >неск. минут.

Tабл 1. - Характеристики различных степеней вакуума (d~10 см)

| | Вакуум |
| низкий | средний | высокий | сверхвысокий | |
| Диапазон давлений, Па (мм рт. ст.) | 10^5- 133 (750-1) | 133-1,33*10^-1 (1-10^-3) | 1,33*10^-1-1,33*10^-5 (10^-3-10^-7) | "1,33*10^-6 (10^-8) |
| Число молекул в 1 м^3 | 10^25-10^22 | 10^22- 10^19 | 10^19-10^16 | [10^16 |
| Режим течения газа | Вязкостный | Переходный к молекулярному | Молекулярный | Молекулярный |
Понятие сверхвысокого В. связывается не с величиной отношения , а со временем , необходимым для образования мономолекулярного слоя газа на поверхности твёрдого тела в В., к-рое оценивается по ф-ле:

Основные составляющие воздуха, за исключением H_2O, CO_2 и Xe, при комнатной температуре - газы, они находятся при температуре T выше критической Т_кр и не могут быть переведены в конденсир. состояние повышением давления. При Т<77 К все атм. газы, кроме H, Не, Ne, переходят в жидкое состояние (табл. 2).

Табл. 2.-Некоторые параметры атмосферных газов при P=10^5 Па (750 мм рт. ст.) и Т=273 К

| Газ | Т_кр,К | , (м)* 10^8 | , (м/с)*10^-2 | Число молекул, ударяющихся о поверхность N,(м^-2с^-1)*10^-37 | Объём в сухом атмосферном воздухе, % |
| H | 33,2 | 11,04 | 16,93 | 11,23 | 5*10^-5 |
| Не | 5,23 | 17,53 | 12,01 | 7,969 | 5,2*10^-4 |
| Ne | 12,42 | 12,42 | 5,355 | 3,550 | 1,8*10^-2 |
| N_2 | 126 | 5,99 | 4,542 | 3,011 | 78,08 |
| O_2 | 155 | 6,33 | 4,252 | 2,819 | 20,95 |
| А | 151 | 6,20 | 3,805 | 2,523 | 0,93 |
| СО_2 | 304 | 3,88 | 3,624 | 2,403 | 0,033 |
| К | 209 | 4,85 | 2,629 | 1,743 | 1,1*10^-4 |
| Xe | 290 | 3,47 | 2,099 | 1,392 | 8,7*10^-6 |

Свойства газа в низком В. определяются частыми столкновениями между молекулами газа, сопровождающимися обменом энергией. Поэтому течение газа в низком В. носит вязкостный характер, а явления переноса (теплопроводность, внутр. трение, диффузия) характеризуются плавным изменением (или постоянством) градиента переносимой величины. Напр., темп-pa газа в пространстве между горячей и холодной стенками в низком В. изменяется постепенно, и темп-pa газа у стенки близка к температуре стенки. Условие равновесия для газа, находящегося в двух сообщающихся сосудах при разл. темп-pax,- равенство давлений в этих сосудах. При прохождении электрич. тока в низком В. определяющую роль играет ионизация молекул в объёме между электродами.

В высоком В. поведение газа определяется столкновениями его молекул со стенками или др. твёрдыми телами. Движение молекул между соударениями с твёрдыми поверхностями происходит по прямолинейным траекториям (молекулярный режим течения). Явления переноса характеризуются возникновением скачка переносимой величины на границах: напр., во всём пространстве между горячей и холодной стенками примерно молекул имеет скорость, соответствующую температуре холодной стенки, а остальные - скорость, соответствующую температуре горячей стенки, т. е. ср. темп-pa газа во всём пространстве одинакова и отлична от температуры как горячей, так и холодной стенок. Кол-во переносимой величины (теплота) прямо пропорционально р. Условие равновесия газа, находящегося в сообщающихся сосудах при разл. темп-pax: , где n_1 и n_2 - концентрации газа в сосудах. Прохождение тока в высоком В. возможно в результате электронной эмиссии с электродов. Ионизация молекул газа имеет существ. значение только в тех случаях, когда длина свободного пробега электронов становится значительно больше расстояния между электродами. Такое увеличение может быть достигнуто при движении заряж. частиц по сложным траекториям, напр. в магн. поле.

Достигаемая степень разрежения определяется равновесием между скоростью откачки и скоростью выделения газа в откачиваемом объёме. Последнее может происходить за счёт проникновения газа извне через течи, сквозь толщу материала стенок путём диффузии, а также в результате выделения газа, адсорбированного на стенках аппаратуры или растворённого в них.

Литература по 

1. Пипко А. И., Плисковекий В. Я., Пенчко E. А., Конструирование и расчет вакуумных систем, 3 изд., M., 1979; Основы вакуумной техники, 2 изд., M., 1981; Розанов Л. H., Вакуумная техника, M., 1982.

A. M. Родин, А. В. Дружинин.

к библиотеке  к оглавлению  FAQ по эфирной физике  ТОЭЭ  ТЭЦ  ТПОИ  ТИ