Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
Водород, как альтернативное топливо.
Как известно наша планета богата энергоносителями, которые, вот уже не одну сотню лет, исправно служат человеку, делая его жизнь более комфортной. Но так же известно, что запасы полезных ископаемых, из которых получают эти энергоносители, с каждым годом всё уменьшаются, а их стоимость в связи с этим растёт, не говоря уже о загрязнении окружающей среды путём выброса в атмосферу продуктов сгорания. Далее...

Вакуум

вакуум

ВАКУУМ (от лат. vacuum - пустота) - среда, содержащая газ при давлениях, существенно ниже атмосферного. В. характеризуется соотношением между ср. длиной свободного пробега 1119912-316.jpgмолекул 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 1119912-317.jpg равна отношению ср. скорости молекулы 1119912-318.jpgк числу Z столкновений, испытываемых ею за единицу времени: эту величину можно также выразить через диаметр молекулы dМ и число молекул п в единице объёма:

1119912-319.jpg

(для электронов 1119912-320.jpg в 5-6 раз больше).

В зависимости от величины отлошения 1119912-321.jpg различают низкий (1119912-322.jpg ), средний (1119912-323.jpg), высокий (1119912-324.jpg) 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 В. соответствуют давления р>102 Па (1 мм рт, ст.), среднему В.- от 102 до 10-1 Па (1-10-3 мм рт. ст.), высокому В.- 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 В. порядка 10-5 мм рт. ст.

1119912-327.jpg

где 1119912-328.jpg - коэф. захвата частицы поверхностью. Сверхвысоким В. наз. область давлений р<10-8 мм рт. ст., когда 1119912-329.jpg>неск. минут.

Tабл 1. - Характеристики различных степеней вакуума (d~10 см)


низкий

средний

высокий

сверхвысокий

Диапазон давлений, Па (мм рт. ст.)

105- 133 (750-1)

133-1,33*10-1 (1-10-3)

1,33*10-1-1,33*10-5 (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 1119912-325.jpg, а со временем 1119912-326.jpg, 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 темп-ре - газы, они находятся при темп-ре T выше критической Ткр 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

Ткр

1119912-330.jpg , (м)* 108

1119912-331.jpg , (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 В. определяются частыми столкновениями между молекулами газа, сопровождающимися обменом энергией. Поэтому течение газа в низком В. 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 В. изменяется постепенно, и темп-pa газа у стенки близка к темп-ре 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 В. определяющую роль играет ионизация молекул в объёме между электродами.

В высоком В. 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 1119912-332.jpg молекул имеет скорость, соответствующую темп-ре холодной стенки, а остальные - скорость, соответствующую темп-ре горячей стенки, т. е. ср. темп-pa газа во всём пространстве одинакова и отлична от темп-ры 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: 1119912-333.jpg , где n1 и n2 - концентрации газа в сосудах. Прохождение тока в высоком В. 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.

Лит.: 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.

  Предметный указатель