вакуум

ВАКУУМ (от лат. vacuum - пустота) - среда, содержащая газ при давлениях, существенно ниже атмосферного. В. характеризуется соотношением между ср. длиной 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 ср. 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 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.

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)

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 темп-ре - газы, они находятся при темп-ре 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

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 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: , 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      >>