Вакуум, форвакуум, разреженный газ. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Вакуум, форвакуум (от лат. vacuum - пустота) - газовая среда, содержащая газ при давлениях, существенно ниже атмосферного. Форвакуум - "предвакуум", газовая среда с давлением газа ниже 5 мм ртутного столба. Вакуум характеризуется соотношением между средней длиной свободного пробега длина 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 средней 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:

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>10² Па (1 мм рт, ст.), среднему В.- от 10² 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 м³) 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)

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 H₂O, CO₂ 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=10⁵ Па (750 мм рт. ст.) и Т=273 К

Свойства газа в низком вакууме определяются частыми столкновениями между молекулами газа, сопровождающимися обменом энергией. Поэтому течение газа в низком вакууме 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 вакууме 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 вакууме определяющую роль играет ионизация молекул в объёме между электродами.

В высоком вакууме 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 n₁ и n₂ - концентрации газа в сосудах. Прохождение тока в высоком вакууме 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 вакууму и форвакууму

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.


	Вакуум
	низкий	средний	высокий	сверхвысокий
Диапазон давлений, Па (мм рт. ст.)	10⁵- 133 (750-1)	133-1,33*10^-1 (1-10^-3)	1,3310^-1-1,3310^-5 (10^-3-10^-7)	"1,33*10^-6 (10^-8)
Число молекул в 1 м³	10²⁵-10²²	10²²- 10¹⁹	10¹⁹-10¹⁶	[10¹⁶
Режим течения газа	Вязкостный	Переходный к молекулярному	Молекулярный	Молекулярный


Газ	Т_кр,К	, (м)* 10⁸	, (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
N₂	126	5,99	4,542	3,011	78,08
O₂	155	6,33	4,252	2,819	20,95
А	151	6,20	3,805	2,523	0,93
СО₂	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