Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu
 
Na saite
Astrometriya
Astronomicheskie instrumenty
Astronomicheskoe obrazovanie
Astrofizika
Istoriya astronomii
Kosmonavtika, issledovanie kosmosa
Lyubitel'skaya astronomiya
Planety i Solnechnaya sistema
Solnce

Vakuum
2.10.2001 0:00 |

(ot latinskogo vacuum - pustota).

Sreda, soderzhashaya gaz pri davleniyah sushestvenno nizhe atmosfernogo. Vakuum harakterizuetsya sootnosheniem mezhdu srednei dlinoi svobodnogo probega $\lambda$ molekul gaza i razmerom d, harakternym dlya kazhdogo konkretnogo processa ili pribora. Takim razmerom mogut byt' rasstoyanie mezhdu stenkami vakuumnoi kamery, diametr vakuumnogo truboprovoda, rasstoyanie mezhdu elektrodami elektrovakuumnogo pribora i t. i. Velichina $\lambda$ ravna otnosheniyu srednei skorosti molekuly $\bar{v}$ k chislu Z stolknovenii, ispytyvaemyh eyu za edinicu vremeni: etu velichinu mozhno takzhe vyrazit' cherez diametr molekuly dm i chislo molekul n v edinice ob'ema:
$\lambda=1/\sqrt{2}\pi d^2_{m} n$ (1)
(dlya elektronov $\lambda$ v 5-6 raz bol'she). V zavisimosti ot velichiny otnosheniya $\lambda/d$ razlichayut nizkii ($\lambda/d\ll1$), srednii ($\lambda/d\approx1$), vysokii ($\lambda/d\gg1$) vakuum. V nizkom vakuume preobladayut stolknoveniya molekul drug s drugom, v vysokom vakuume preobladayut stolknoveniya molekul so stenkami kamery. V obychnyh vakuumnyh ustanovkah i priborah (d=10 sm) nizkomu vakuumu sootvetstvuyut davleniya r>102 Pa (1 mm rt. st.), srednemu vakuumu - ot 103 do 10-1 Pa l-10-3 mm rt. st.), vysokomu vakuumu - r<10-1 Pa (10-3 mm rt. st.; tabl. 1). V porah ili kanalah diametrom $\sim1$ mkm vysokomu vakuumu sootvetstvuet davlenie nachinaya s desyatkov i soten mm rt. st., a v kamerah dlya imitacii kosmicheskogo prostranstva (ob'emom v desyatki m3) granica mezhdu srednim i vysokim vakuumom poryadka 10-5 mm rt. st.
Tabl. 1. Harakteristiki razlichnyh stepenei vakuuma ($d\sim10$ sm)
Diapazon davlenii, Pa (mm rt. st.) Vakuum
nizkii srednii vysokii sverhvysokii
105-133 (750-1) 133-1,33*10-1 (1-10-3) 1,33*10-1-1,33*10-3 (10-3-10-7) $\ll 1.33 \cdot 10^-6 (10^-8)$
Chislo molekul v 1 m3 1023-1022 1022-1019 1019-1016 $\leq 10^16$
Rezhim techeniya gaza vyazkostnyi perehodnyi k molekulyarnomu molekulyarnyi molekulyarnyi
Ponyatie sverhvysokogo vakuuma svyazyvaetsya ne s velichinoi otnosheniya $\lambda/d$, a so vremenem $\tau$, neobhodimym dlya obrazovaniya monomolekulyarnogo sloya gaza na poverhnosti tverdogo tela v vakuume, kotoroe ocenivaetsya po formule:
$\tau=\eta*10^-6/p$ (2)
gde $\eta$ - koefficient zahvata chasticy poverhnost'yu. Sverhvysokim vakuumom nazyvayut oblast' davlenii $p\lt {10}^-8$ mm rt. st., kogda $\tau \gt $neskol'kih minut. Osnovnye sostavlyayushie vozduha, za isklyucheniem H2O, CO2 i Xe, pri komnatnoi temperature - gazy, oni nahodyatsya pri temperature T vyshe kriticheskoi Tkr i ne mogut byt' perevedeny v kondensirovannoe sostoyanie povysheniem davleniya. Pri $T\ll77$K vse atmosfernye gazy, krome H, He, Ne, perehodyat v zhidkoe sostoyanie (tablica 2).
Tablica 2. Nekotorye parametry atmosfernyh gazov pri p=105 Pa (750 mm rt. st.) i T=273 K
Gaz Tkr, K $\lambda$, (m)*108 $\bar{v}$, (m/s)*10-2 Chislo molekul, udaryayushihsya o poverhnost' N, (m-2s-1*10-27) Ob'em v suhom atmofernom vozduhe, %
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

Svoistva gaza v nizkom vakuume opredelyayutsya chastymi stolknoveniyami mezhdu molekulami gaza, soprovozhdayushimisya obmenom energiei. Poetomu techenie gaza v nizkom vakuume nosit vyazkostnyi harakter, a yavleniya perenosa (teploprovodnost', vnutrennee trenie, diffuziya) harakterizuyutsya plavnym izmeneniem (ili postoyanstvom) gradienta perenosimoi velichiny. Naprimer, temperatura gaza v prostranstve mezhdu goryachei i holodnoi stenkami v nizkom vakuume izmenyaetsya postepenno, i temperatura gaza u stenki blizka k temperature stenki. Uslovie ravnovesiya dlya gaza, nahodyashegosya v dvuh soobshayushihsya sosudah pri razlichnyh temperaturah, - ravenstvo davlenii v etih sosudah. Pri prohozhdenii elektricheskogo toka v nizkom vakuume opredelyayushuyu rol' igraet ionizaciya molekul v ob'eme mezhdu elektrodami.

V vysokom vakuume povedenie gaza opredelyaetsya stolknoveniyami ego molekul so stenkami ili drugimi tverdymi telami. Dvizhenie molekul mezhdu soudareniyami s tverdymi poverhnostyami proishodit po pryamolineinym traektoriyam (molekulyarnyi rezhim techeniya). Yavleniya perenosa harakterizuyutsya vozniknoveniem skachka perenosimoi velichiny na granicah: naprimer, vo vsem prostranstve mezhdu goryachei i holodnoi stenkami primerno 1/2 molekul imeet skorost', sootvetstvuyushuyu temperature holodnoi stenki, a ostal'nye - skorost', sootvetstvuyushuyu temperature goryachei stenki, to est' srednyaya temperatura gaza vo vsem prostranstvo odinakova i otlichna ot temperatury kak goryachei, tak i holodnoi stenok. Kolichestvo perenosimoi velichiny (teplota) pryamo proporcional'no p. Uslovie ravnovesiya gaza, nahodyashegosya v soobshayushihsya sosudah pri razlichnyh temperaturah: n1T1=n2T2, gde n1 i n2 - koncentracii gaza v sosudah. Prohozhdenie toka v vysokom vakuume vozmozhno v rezul'tate elektronnoi emissii s elektrodov. Ionizaciya molekul gaza imeet sushestvennoe znachenie tol'ko v teh sluchayah, kogda dlina svobodnogo probega elektronov stanovitsya znachitel'no bol'she rasstoyaniya mezhdu elektrodami. Takoe uvelichenie mozhet byt' dostignuto pri dvizhenii zaryazhennyh chastic no slozhnym traektoriyam, naprimer v magnitnom pole.

Dostigaemaya stepen' razrezheniya opredelyaetsya ravnovesiem mezhdu skorost'yu otkachki i skorost'yu vydeleniya gaza v otkachivaemom ob'eme. Poslednee mozhet proishodit' za schet proniknoveniya gaza izvne cherez techi, skvoz' tolshu materiala stenok putem diffuzii, a takzhe v rezul'tate vydeleniya gaza, adsorbirovannogo na stenkah apparatury ili rastvorennogo v nih.

Glossarii Astronet.ru


Publikacii s klyuchevymi slovami: razrezhennyi gaz - pustota - vakuum
Publikacii so slovami: razrezhennyi gaz - pustota - vakuum
Karta smyslovyh svyazei dlya termina VAKUUM
Sm. takzhe:

Mneniya chitatelei [8]
Ocenka: 2.8 [golosov: 53]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya