Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу
 

Вакуум

(от латинского vacuum - пустота).

Среда, содержащая газ при давлениях существенно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между средней длиной свободного пробега $\lambda$ 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. и. Величина $\lambda$ равна отношению средней скорости молекулы $\bar{v}$ к числу Z столкновений, испытываемых ею за единицу времени: эту величину можно также выразить через диаметр молекулы dm и число молекул n в единице объема:
$\lambda=1/\sqrt{2}\pi d^2_{m} n$ (1)
(для электронов $\lambda$ в 5-6 раз больше). В зависимости от величины отношения $\lambda/d$ различают низкий ($\lambda/d\ll1$), средний ($\lambda/d\approx1$), высокий ($\lambda/d\gg1$) вакуум. В низком вакууме преобладают столкновения молекул друг с другом, в высоком вакууме преобладают столкновения молекул со стенками камеры. В обычных вакуумных установках и приборах (d=10 см) низкому вакууму соответствуют давления р>102 Па (1 мм рт. ст.), среднему вакууму - от 103 до 10-1 Па l-10-3 мм рт. ст.), высокому вакууму - р<10-1 Па (10-3 мм рт. ст.; табл. 1). В порах или каналах диаметром $\sim1$ мкм высокому вакууму соответствует давление начиная с десятков и сотен мм рт. ст., а в камерах для имитации космического пространства (объемом в десятки м3) граница между средним и высоким вакуумом порядка 10-5 мм рт. ст.
Табл. 1. Характеристики различных степеней вакуума ($d\sim10$ см)
Диапазон давлений, Па (мм рт. ст.) Вакуум
низкий средний высокий сверхвысокий
105-133 (750-1) 133-1,33*10-1 (1-10-3) 1,33*10-1-1,33*10-3 (10-3-10-7) $\ll 1.33 \cdot 10^-6 (10^-8)$
Число молекул в 1 м3 1023-1022 1022-1019 1019-1016 $\leq 10^16$
Режим течения газа вязкостный переходный к молекулярному молекулярный молекулярный
Понятие сверхвысокого вакуума связывается не с величиной отношения $\lambda/d$, а со временем $\tau$, необходимым для образования мономолекулярного слоя газа на поверхности твердого тела в вакууме, которое оценивается по формуле:
$\tau=\eta*10^-6/p$ (2)
где $\eta$ - коэффициент захвата частицы поверхностью. Сверхвысоким вакуумом называют область давлений $p\lt {10}^-8$ мм рт. ст., когда $\tau \gt $нескольких минут. Основные составляющие воздуха, за исключением H2O, CO2 и Xe, при комнатной температуре - газы, они находятся при температуре Т выше критической Ткр и не могут быть переведены в конденсированное состояние повышением давления. При $T\ll77$К все атмосферные газы, кроме H, He, Ne, переходят в жидкое состояние (таблица 2).
Таблица 2. Некоторые параметры атмосферных газов при p=105 Па (750 мм рт. ст.) и T=273 К
Газ Tкр, К $\lambda$, (м)*108 $\bar{v}$, (м/с)*10-2 Число молекул, ударяющихся о поверхность N, (м-2с-1*10-27) Объем в сухом атмоферном воздухе, %
H 33,2 11,04 16,93 11,23 5*10-5
He 5,23 17,53 12,01 7,969 5,2*10-4
Ne 12,42 12,42 5,355 3,550 1,8*10-3
N2 126 5,99 4,542 3,011 78,08
O2 155 6,33 4,252 2,819 20,95
A 151 6,20 3,805 2,523 0,93
CO2 304 3,88 3,624 2,403 0,033
K 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, внутреннее трение, диффузия) характеризуются плавным изменением (или постоянством) градиента переносимой величины. Например, температура газа в пространстве между горячей и холодной стенками в низком вакууме изменяется постепенно, и температура газа у стенки близка к температуре стенки. Условие равновесия для газа, находящегося в двух сообщающихся сосудах при различных температурах, - равенство давлении в этих сосудах. При прохождении электрического тока в низком вакууме определяющую роль играет ионизация молекул в объеме между электродами.

В высоком вакууме поведение газа определяется столкновениями его молекул со стенками или другими твердыми телами. Движение молекул между соударениями с твердыми поверхностями происходит по прямолинейным траекториям (молекулярный режим течения). Явления переноса характеризуются возникновением скачка переносимой величины на границах: например, во всем пространстве между горячей и холодной стенками примерно 1/2 молекул имеет скорость, соответствующую температуре холодной стенки, а остальные - скорость, соответствующую температуре горячей стенки, то есть средняя температура газа во всем пространство одинакова и отлична от температуры как горячей, так и холодной стенок. Количество переносимой величины (теплота) прямо пропорционально p. Условие равновесия газа, находящегося в сообщающихся сосудах при различных температурах: n1T1=n2T2, где n1 и n2 - концентрации газа в сосудах. Прохождение тока в высоком вакууме возможно в результате электронной эмиссии с электродов. Ионизация молекул газа имеет существенное значение только в тех случаях, когда длина свободного пробега электронов становится значительно больше расстояния между электродами. Такое увеличение может быть достигнуто при движении заряженных частиц но сложным траекториям, например в магнитном поле.

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


Глоссарий Astronet.ru


L | R | А | Б | В | Г | Д | Е | Ж | З | И | Й | К | Л | М | Н | О | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Щ | Э | Ю | Я 
Публикации с ключевыми словами: разреженный газ - пустота - вакуум
Публикации со словами: разреженный газ - пустота - вакуум
Карта смысловых связей для термина ВАКУУМ
См. также:

Мнения читателей [8]
Оценка: 2.8 [голосов: 47]
 
О рейтинге
Версия для печати Распечатать

Астронет | Научная сеть | ГАИШ МГУ | Поиск по МГУ | О проекте | Авторам

Комментарии, вопросы? Пишите: info@astronet.ru или сюда

Rambler's Top100 Яндекс цитирования