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, форвакуум, разреженный газ

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:

(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>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)


	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

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


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

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

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

Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира