Astronet > Vakuum

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Vakuum

(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 d_m 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 T_kr 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 T_kr, 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.

"Fizicheskaya Enciklopediya"/Phys.Web.Ru
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Publikacii s klyuchevymi slovami: razrezhennyi gaz - pustota - vakuum Publikacii so slovami: razrezhennyi gaz - pustota - vakuum
Sm. takzhe: Ogromnaya pustota v dalekoi Vselennoi A.D.Chernin "Fizicheskii vakuum i kosmicheskaya anti-gravitaciya" Effekt Kazimira Fizicheskii vakuum i kosmicheskaya anti-gravitaciya Vakuumnoe sostoyanie Vakuumnoe srednee Vakuumnyi kondensat

Mneniya chitatelei [8]

Versiya dlya pechati

Diapazon davlenii, Pa (mm rt. st.)	Vakuum
	nizkii	srednii	vysokii	sverhvysokii
	10⁵-133 (750-1)	133-1,33*10^-1 (1-10^-3)	1,3310^-1-1,3310^-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

Gaz	T_kr, 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