ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Понятие о вакууме и важнейшие свойства разреженного газа Техника получения и измерения вакуума Современные способы получения вакуума из "Вакуум и его применение" Слово вакуум в переводе с латинского языка означает пустоту. В современной науке и технике вакуумом принято называть разреженное состояние газа при давлениях ниже атмосферного. [c.5] Если при атмосферном давлении газ представляет собой совокупность молекул, находящихся в хаотическом тепловом движении, в результате которого молекулы испытывают большое число столкновений между собой и со стенками сосуда, то в сильно разреженном газе хотя и сохраняется хаотический характер движения молекул, однако взаимодействие между ними практически исчезает и они прямолинейно двигаются в пределах предоставленного им объема, сталкиваясь в основном со стенками сосуда. Чем меньше число молекул в единице объема, тем реже происходят взаимные столкновения молекул и тем больше средний путь, проходимый молекулами между двумя соударениями. [c.5] Среднее расстояние, которое проходит молекула между двумя соударениями с другими молекулами, называется средней длиной свободного пробега и выражается обычно в сантиметрах. При неизменной температуре средняя длина свободного пробега молекул X обратно пропорциональна давлению газа р, которое в вакуумной технике чаще всего измеряют в мм (миллиметрах) и мк (микронах) ртутного столба (1 аг = 760 мм рт. ст., 1 мм рт. ст. = 1000 мк рт. ст.). [c.5] В табл. 1 приведены для воздуха число молекул в 1 см и средние длины их свободного пробега при различных давлениях и температуре 20°. [c.5] И явления, происходйщие в среде разреженного газа (диффузия, испарение и т. п.), изменяются в зависимости от того, преобладают ли при тепловом движении молекул удары их о стенки или взаимные столкновения друг с друго м. Показателем этого является соотношение между средней длиной свободного пробега Я и характерным линейным размером й того сосуда, в котором находится газ. [c.6] Рассмотрим диффузию, испарение, теплопроводность, вязкость газа и характер его движения по трубопроводу в процессе откачки при различных соотношениях между Я и с/. [c.6] Диффузия. Представим себе замкнутый объем, разделенный на две части непроницаемой перегородкой. Пусть в обеих частях этого объема при одном и том же давлении находятся два различных газа. Если перегородку убрать, то вследствие теплового движения молекул оба газа будут проникать (диффундировать) друг в друга, так что в конце концов образуется смесь газов с одинаковой кояцентрацией молекул обоих газов во всем объеме. [c.6] Так как путь, проходимый молекулой при тепловом движении, складывается из очень большого числа отрезков, пробегаемых ею между соударениями с другими молекулами, то скорость диффу-вии зависит от числа столкновений между молекулами. Поэтому в условиях низкого вакуума скорость диффузии зависит от давления газа и скорости молекул. Чем выше давление (или плотность газа) и чем ниже скорость молекул (или температура газа), тем меньше скорость диффузии. [c.6] В вакуумной технике принцип диффузии использован в устройстве вакуумных пароструйных насосов, откачивающее действие которых основано на диффузии газа в струю пара рабочей жидкости,-непрерывно истекающую из сопла. [c.7] Испарение. Если в сосуд поместить какой-либо металл и на- гревать его до высокой температуры, то металл будет испаряться. Атомы металла, покидая его поверхность, вследствие теплового движения будут диффундировать к стенкам сосуда и конденсироваться на них. [c.7] При наличии высокого вакуума возврат испаренных атомов из-за отсутствия столкновений с молекулами газа практически % отсутствует и скорость испарения имеет максимальную для данной температуры величину. Испаряющиеся частицы, уходя с поверхности металла, сохраняют прямолинейное движение вплоть до удара о стенку сосуда. Если между источником пара и стенкой сосуда поместить экран, то на стенке образуется молекулярная тень (в виде резко очерченного участка, не покрытого частицами испаряющегося вещества), воспроизводящая изображение экрана, а на самом экране налет от сконденсировавшегося пара получается только на той стороне экрана, которая обращена к источнику пара. [c.7] Метод испарения в высоком вакууме широко используется для покрытия поверхностей металлическими и неметаллическими пленками (алюминирование, серебрение, нанесение зеркальных пленок на отражатели в осветительных приборах, получение пленки газопоглотителя в баллоне электровакуумного прибора). [c.7] В условиях низкого вакуума, когда молекулы испытывают большое число столкновений между собой, количество переносимого тепла пропорционально числу переносчиков тепла (соответственно давлению газа или плотности) и йюоквнный разности энергий молекулы в начальной и конечной точках длины свободного пробега. Если уменьшать давление газа, но так, чтобы сохранилось условие Я с , то число переносчиков тепла будет соответственно уменьшаться, но одновременно будет возрастать разность энергий молекулы в начальной ч конечной точках длины свободного пробега, так как длина свободного пробега молекул водрастает. При этом суммарное количество тепла, переносимое молекулами, будет оставаться неизменным. Следовательно, теплопроводность газа в условиях низкого вакуума не зависит от давления. [c.8] Бели понизить давление газа так, что длина С1во бодного пробега молекул станет равной и больше расстояния между горячи.м и холодным телами, то перенос энергии от нагретого feлa холодному будет осуществляться молекулами непосредственно без столкновений друг с другом. При этом уменьшение давления газа будет приводить к уменьшению числа переносчиков тепла, разность же энергий молекулы в начале и конце длины свободного пробега будет оставаться (неизменной. Поэтому в условиях высокого вакуума теплопроводность газа прямопропорциональна давлению. [c.8] Малая теплопроводность газа в условиях высокого вакуума положена в основу устройства сосудов Дьюара (рис. 1). Эти сосуды имеют двойные стенки, в пространстве между юэторыми создан высокий вакуум. Вследствие очень малой теплопроводности высокоразреженного газа в этих сосудах длительное время могут храниться сжиженные газы. [c.8] На зависимости теплопроводности газа от давления основана работа теплоэлектрических манометров, измеряющих давление разреженного газа в диапазоне от нескольких миллиметров до тысячных долей миллиметра ртутного столба. [c.8] Если длина свободного пробега молекул газа очень мала по сравнению с расстоянием между пластинами, то движение газа М0Ж1Н0 рассматривать как перемещение отдельных слоев газа при этом слои газа, примыкающие к подвижной пластине, имеют наибольшую скорость, а слои газа, примыкающие к неподвижной пластине, наименьшую скорость (скорость убывает от слоя к слою). Явление такого переноса импульсов молекулами газа называется вязкостью газа, или внутренним трением. [c.9] Явление вязкости по своему характеру сходно с явлением теплопроводности. Разница заключается лишь в том, что в случае теплопроводности переносимой молекулами величиной является энергия, а в случае вязкости — количество движения. [c.9] Подобно теплопроводности вязкость при низком вакууме не-зависит от давления. [c.9] В условиях высокого вакуума, когда исчезают межмолекуляр-ные столкновения, отсутствует увлечение одного слоя газа другим, и количество движения газа передается непосредственно-стенкам сосуда, в котором он находится. Понятие внутреннего трения газа здесь уже теряет смысл, и потому в этой области давлений говорят о молекулярной вязкости газа. Молекулярная вязкость газа (которую можно отождествить с внешним трением газа о стенки трубопровода) в условиях высокого вакуума имеет свойства, полностью совпадающие со свойствами теплопроводности, т. е. она пропорциональна давлению и зависит от состояния поверхности. [c.9] Вернуться к основной статье