ВАКУУМ
ВАКУУМ (от лат. vacuum - пустота), состояние газа при давлении меньше атмосферного. Понятие «вакуум» применяется к газу в замкнутом или откачиваемом сосуде, но нередко распространяется и на газ в свободном пространстве, например к космосу. Степень вакуума определяют, измеряя величину давления остаточных газов. Физической характеристикой вакуума является соотношение между длиной свободного пробега l молекул газа и размером d, характерным для каждого конкретного процесса или прибора (расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода, расстояние между электродами электровакуумного прибора и т. п.). Величина l равна отношению средней скорости v молекулы к числу z столкновений, испытываемых ею за единицу времени; её можно выразить через радиус молекулы r и число молекул n в единице объёма: l=0,056/r2n. В зависимости от величины отношения l/d различают низкий вакуум (l/d<<1), средний вакуум (l/d~1) и высокий вакуум (l/d>>1). В обычных вакуумных установках и приборах (d»10 см) низкому вакууму соответствуют давления р>1 мм рт. ст., среднему вакууму- от 1 до 10-3 мм рт. ст. и высокому В.- р<10-3 мм рт. ст. В порах или каналах диам.~1 мкм высокий вакуум соответствует давлению от десятков до сотен мм рт. ст., а в камерах для имитации космического пространства размером в десятки м граница между средним и высоким вакуумом достигала бы ~10-5 мм рт. ст. В сверхвысоком вакууме (р<10-8мм рт. ст.) не происходит заметного изменения свойств поверхности первоначально свободной от адсорбированного газа, за время, существенное для данного процесса. Понятие сверхвысокого вакуума связано не с величиной отношения l/d, а со временем t, необходимым для образования мономолекулярного слоя газа на поверхности твердого тела в вакууме, которое обратно пропорционально давлению. При р~-10-6 мм рт. ст. t~1 с. При других давлениях оно может оцениваться по формуле: t=10-6/р, которая справедлива, если каждая молекула газа, соударяющаяся с поверхностью, остаётся на ней (коэффициент захвата 1). В большинстве случаев, однако, коэффициент захвата меньше 1, и т увеличивается. Свойства газа в низком вакууме определяются частыми столкновениями между молекулами газа в объёме, сопровождающимися обменом энергией. Поэтому течение газа в низком вакууме носит вязкостный характер, а явления переноса (теплопроводность, внутреннее трение, диффузия) характеризуются плавным изменением (или постоянством) градиента переносимой величины. Например, температура газа в пространстве между горячей и холодной стенками в низком вакууме изменяется постепенно, и температура газа у стенки близка к температуре стенки. При прохождении тока в низком вакууме определяющую роль играет ионизация молекул газа. В высоком вакууме поведение газа определяется столкновениями его молекул со стенками или другими твердыми телами; столкновения молекул друг с другом происходят редко и играют второстепенную роль. Движение молекул между твердыми поверхностями происходит по прямолинейным траекториям (молекулярный режим течения). Явления переноса характеризуются скачком переносимой величины на границе; напр., во всём пр-ве между горячей и холодной стенками примерно половина молекул имеет скорость, соответствующую температуре холодной стенки, а остальные - скорость, соответствующую температуре горячей стенки, то есть средняя температура газа во всём пространстве одинакова и отлична от температуры как горячей, так и холодной стенок. Количество переносимой величины (теплоты) прямо пропорционально р. Прохождение тока в высоком вакууме возможно в результате электронной эмиссии с электродов. Ионизация молекул газа существенна только в тех случаях, когда длина пробега электронов становится значительно больше расстояния между электродами. Это достигается при движении заряженных частиц по сложным траекториям, например в магнитном поле, или при их колебательных движении около электрода. Свойства газа в среднем вакууме являются промежуточными.