1. Помилковий вакуум [ правити | правити код ]
2. Ейнштейнівської вакуум [ правити | правити код ]
3. Керовані вакуумом машини [ правити | правити код ]
4. дегазація [ правити | правити код ]
5. Відкачування і атмосферний тиск [ правити | правити код ]

Вакуум (від лат. vacuus - порожній) - простір, вільний від речовини. У техніці і прикладної фізики під вакуумом розуміють середовище, що складається з газу при тиску значно нижче атмосферного [1] . Вакуум характеризується співвідношенням між довжиною вільного пробігу молекул газу λ і характерним розміром середовища d. Під d може прийматися відстань між стінками вакуумної камери , Діаметр вакуумного трубопроводу і т. д. В залежності від величини співвідношення λ / d розрізняють низький (λ / d «1 {\ displaystyle \ lambda / d \ ll 1} ), Середній (λ / d ~ 1 {\ displaystyle \ lambda / d \ sim 1} ) І високий (λ / d »1 {\ displaystyle \ lambda / d \ gg 1} ) Вакуум.

На практиці сильно розріджений газ називають технічним вакуумом. В макроскопічних обсягах ідеальний вакуум недосяжний на практиці, оскільки при кінцевій температурі всі матеріали мають ненульовий щільністю насичених парів. Крім того, багато матеріалів (зокрема товсті металеві, скляні та інші стінки судин) пропускають гази. У мікроскопічних обсягах, однак, досягнення ідеального вакууму в принципі можливо.

мірою ступеня розрідження вакууму служить довжина вільного пробігу молекул газу λ {\ displaystyle \ lambda} , Пов'язаної з їх взаємними зіткненнями в газі, і характерного лінійного розміру d {\ displaystyle d} судини, в якому знаходиться газ.

Строго кажучи, технічним вакуумом називають газ в посудині або трубопроводі з тиском нижче, ніж в навколишній атмосфері. Згідно з іншим визначенням, коли молекули або атоми газу перестають стикатися один з одним, і газодинамічні властивості змінюються вязкостнимі (при тиску близько 1 мм рт.ст. ), Говорять про досягнення низького вакууму (λ «d {\ displaystyle \ lambda \ ll d} ; 1016 молекул на 1 см³). Зазвичай між атмосферним повітрям і високовакуумних насосом варто так званий форвакуумних насос, створюючи попереднє розрідження, тому низький вакуум часто називають форвакуум . При подальшому зниженні тиску в камері збільшується середня довжина вільного пробігу λ {\ displaystyle \ lambda} молекул газу. При λ / d »1 {\ displaystyle \ lambda / d \ gg 1} молекули газу набагато частіше стикаються зі стінками, ніж один з одним. У цьому випадку говорять про високий вакуумі (10-5 мм рт.ст.; 1011 молекул на 1 см³). Надвисокий вакуум відповідає тиску 10-9 мм рт.ст. і нижче. У надвисокому вакуумі, наприклад, зазвичай проводяться експерименти з використанням скануючого тунельного мікроскопа . Для порівняння, тиск в космосі на кілька порядків нижче - 109 молекул на 1 см³ (мільярд молекул в кубічному сантиметрі), в далекому же космосі і зовсім може досягати 10-16 мм рт.ст. і нижче (1 молекула на 1 см³) [2] .

Високий вакуум в мікроскопічних порах деяких кристалів і в ультратонких капілярах досягається вже при атмосферному тиску, оскільки діаметр пори / капіляра стає менше, ніж довжина вільного пробігу молекули, що дорівнює в повітрі при нормальних умовах ~ 60 нанометрів [3] .

Апарати, які використовуються для досягнення і підтримки вакууму, називаються вакуумними насосами . Для поглинання газів і створення необхідного ступеня вакууму використовуються геттери . Більш широкий термін вакуумна техніка включає також прилади для вимірювання і контролю вакууму, маніпулювання предметами і проведення технологічних операцій у вакуумній камері і т. д. Високовакуумні насоси є складними технічними приладами. Основні типи високовакуумних насосів - це дифузійні насоси, засновані на захопленні молекул залишкових газів потоком робочого газу, гетерні, іонізаційні насоси, засновані на впровадженні молекул газу в геттери (Наприклад, титан ) І кріосорбціонние насоси (в основному, для створення форвакуум).

Варто відзначити, що навіть в ідеальному вакуумі при кінцевій температурі завжди є деяка теплове випромінювання (газ фотонів ). Таким чином, тіло, поміщене в ідеальний вакуум, рано чи пізно прийде в теплову рівновагу зі стінками вакуумної камери за рахунок обміну тепловими фотонами.

Вакуум є хорошим термоизолятором; перенесення теплової енергії в ньому відбувається лише за рахунок теплового випромінювання, конвекція і теплопровідність виключені. Ця властивість використовується для теплоізоляції в термосах ( судинах Дьюара ), Що складаються з ємності з подвійними стінками, простір між якими Вакуумована.

Вакуум широко застосовується в електровакуумних приладах - радіолампах (Наприклад, магнетронах мікрохвильових печей), електронно-променевих трубках і т.п.

Під фізичним вакуумом в квантовій фізиці розуміють нижчу (основне) енергетичний стан квантованного поля, що володіє нульовими імпульсом, моментом імпульсу і іншими квантовими числами. При цьому такий стан зовсім не обов'язково відповідає порожнечі: поле в нижчому стані може бути, наприклад, полем квазичастиц в твердому тілі або навіть в ядрі атома, де щільність надзвичайно висока. Фізичним вакуумом називають також повністю позбавлене речовини простір, заповнений полем в такому стані [4] [5] . Такий стан не є абсолютною порожнечею . Квантова теорія поля стверджує, що, в згоді з принципом невизначеності , В фізичному вакуумі постійно народжуються і зникають віртуальні частинки : Відбуваються так звані нульові коливання полів. У деяких конкретних теоріях поля вакуум може володіти нетривіальними топологічними властивостями. В теорії можуть існувати кілька різних вакуумів, що розрізняються щільністю енергії або іншими фізичними параметрами (в залежності від застосовуваних гіпотез і теорій). Виродження вакууму при спонтанному порушенні симетрії призводить до існування безперервного спектру вакуумних станів, що відрізняються один від одного числом голдстоуновскіх бозонів . Локальні мінімуми енергії при різних значеннях будь-якого поля, що відрізняються по енергії від глобального мінімуму, звуться помилкових вакуумів ; такі стани метастабільних і прагнуть розпастися з виділенням енергії, перейшовши в істинний вакуум або в один з нижчих помилкових вакуумів.

Деякі з цих передбачень теорії поля вже були успішно підтверджені експериментом. так, ефект Казимира [6] і лембів зсув атомних рівнів пояснюється нульовими коливаннями електромагнітного поля у фізичному вакуумі. На деяких інших уявленнях про вакуумі базуються сучасні фізичні теорії. Наприклад, існування кількох вакуумних станів (згаданих вище помилкових вакуумів ) Є однією з головних підвалин інфляційної теорії великого вибуху .

Помилковий вакуум [ правити | правити код ]

Помилковий вакуум - стан в квантової теорії поля , Яке не є станом з глобально мінімальної енергією , А відповідає її локального мінімуму. Такий стан стабільно протягом певного часу (метастабільних), але може « туннелировать »В стан істинного вакууму.

Ейнштейнівської вакуум [ правити | правити код ]

Ейнштейнівської вакуум - іноді зустрічається назва для рішень рівнянь Ейнштейна в загальної теорії відносності для порожнього, без матерії, простору-часу . Синонім - простір Ейнштейна.

Рівняння Ейнштейна пов'язують метрику простору-часу (метричний тензор g μν) з тензором енергії-імпульсу. У загальному вигляді вони записуються як

G μ ν + Λ g μ ν = 8 π G c 4 T μ ν, {\ displaystyle G _ {\ mu \ nu} + \ Lambda g _ {\ mu \ nu} = {8 \ pi G \ over c ^ {4 }} T _ {\ mu \ nu}}

де тензор Ейнштейна G μν є певною функцією метричного тензора та його приватних похідних, R - скалярная кривизна , Λ - космологічна стала , T μν - тензор енергії-імпульсу матерії, π - число Пі , C - швидкість світла в вакуумі, G - гравітаційна стала Ньютона.

Вакуумні рішення цих рівнянь виходять за відсутності матерії, тобто при тотожній рівності нулю тензора енергії-імпульсу в розглянутій області простору-часу: T μν = 0. Часто лямбда-член також приймається рівним нулю, особливо при дослідженні локальних (некосмологіческіх) рішень. Однак при розгляді вакуумних рішень з ненульовим лямбда-членом (лямбда-вакуум) виникають такі важливі космологічні моделі, як модель Де Ситтера (Λ> 0) і модель анти-Де Ситтера (Λ <0).

Тривіальним вакуумним рішенням рівнянь Ейнштейна є плоске простір Маньківського , Тобто метрика, що розглядається в спеціальної теорії відносності .

Інші вакуумні рішення рівнянь Ейнштейна включають в себе, зокрема, такі випадки:

Космічний простір має дуже низьку щільність і тиск і є найкращим наближенням фізичного вакууму. Але космічний вакуум не є справді досконалою, навіть в міжзоряному просторі є кілька атомів водню на кубічний сантиметр.

Зірки, планети та супутники тримають свої атмосфери силою тяжіння, і як такої у атмосфери немає чітко окресленої кордону: щільність атмосферного газу просто зменшується з відстанню від об'єкта. Атмосферний тиск Землі падає до приблизно 3,2 × 10-2 Па на 100 км висоти - на так званій лінії Кармана , Яка є спільним визначенням кордону з космічним простором. За цією лінією изотропное тиск газу швидко стає незначним у порівнянні з тиском випромінювання від Сонця і динамічним тиском сонячного вітру , Тому визначення тиску стає важко інтерпретувати. термосфера в цьому діапазоні має великі градієнти тиску, температури і складу, і сильно варіюється в зв'язку з космічною погодою.

Щільність атмосфери протягом перших кількох сотень кілометрів вище лінії Кармана все ще достатня для надання значного опору руху штучних супутників Землі . Більшість супутників працюють в цій галузі, званої низькій навколоземній орбітою, і повинні підробляти двигунами кожні кілька днів для підтримки стабільної орбіти.

Космічне простір заповнений великою кількістю фотонів, так званим реліктовим випромінюванням , А також великою кількістю реліктових нейтрино, поки що не піддаються виявленню. Поточна температура цих випромінювань становить близько 3 К, або -270 ° C або -454 ° за Фаренгейтом.

Ідея вакууму (пустоти) була предметом суперечок ще з часів давньогрецьких і давньоримських філософів. атомісти - Левкіпп (Бл. 500 р. До н.е..), Демокріт (Близько 460-370 рр. До н. Е.), Епікур (341-270 рр. До н. Е.), Лукрецій (Бл. 99-55 рр. До н. Е.) І їх послідовники - припускали, що все існуюче - атоми і порожнеча між ними, причому без вакууму не було б і руху, атоми не могли б рухатися, якби між ними не було порожнього простору. Стратон (бл. 270 р. до н.е..) і багато філософів в більш пізні часи вважали, що порожнеча може бути «суцільний» (vacuum coacervatum) і «розсіяною» (в проміжках між частинками речовини, vacuum disseminatum).

навпаки, Аристотель (384-322 рр. До н. Е.) І ряд інших філософів вважали, що «природа не терпить порожнечі». Концепція «острах порожнечі» ( horror vacui ), Що зародилася ще до Аристотеля, у Емпедокла (Бл. 490-430 рр. До н. Е.) Та інших філософів іонійської школи, у філософській думці Середньовічної Європи стала домінуючою і придбала релігійно-містичні риси.

Деякі передумови до емпіричного дослідження вакууму існували ще в античності. Давньогрецькі механіки створювали різні технічні пристрої, засновані на розрідженні повітря. Наприклад, водяні насоси, що діють шляхом створення розрідження під поршнем, були відомі ще за часів Аристотеля. До нашого часу зберігся малюнок пожежного насоса, винайденого «батьком пневматики» Ктезібій (Бл. 250 р. До н.е..). Водяні насоси такого типу були фактично прообразами вакуумного поршневого насоса, що з'явився через майже два тисячоліття. Учень Ктезібій, Герон Олександрійський, розробив поршневий шприц для витягування гною, теж є по суті вакуумним пристроєм.

Емпіричне вивчення вакууму почалося лише в XVII столітті, з кінцем відродження і початком наукової революції нового часу . До цього моменту вже давно було відомо, що всмоктуючі насоси можуть піднімати воду на висоту не більше 10 метрів. Наприклад, в трактаті Георгія Агріколи (1494-1555) «Про гірничій справі» наведено зображення ланцюжка водяних насосів для відкачування води з шахти.

Галілей в своїх «Бесідах і математичних доказах двох нових наук» [7] (Тисяча шістсот тридцять вісім), книзі, яка завершила розгром аристотелевской фізики, вказував, посилаючись на практику, що висота, до якої всмоктуючі насоси піднімають воду, завжди одна і та ж - близько 18 ліктів. У цій книзі він, зокрема, описує фактично вакуумний прилад з поршнем, необхідний для порівняння опору на розрив води і твердого тіла, хоча і пояснює опір розтягуванню, характерне для твердих тіл і рідин, боязню порожнечі, припускаючи існування між частками речовини найдрібніших порожніх пір , що розширюються при розтягуванні.

Під впливом трактату Галілея, де вказувалося на обмеженість «острах порожнечі», в 1639-1643 рр. Гаспаро Берті на фасаді свого будинку в Римі спорудив пристрій (в пізнішій термінології, барометрическую водяну трубу), яке можна вважати першою установкою для фізичного дослідження вакууму. У верхній, скляної закритої частини труби висотою понад 10 м, над водяним стовпом, врівноваженим атмосферним тиском, виявлялося порожній простір (насправді воно було заповнене водяними парами під тиском, рівним пружності парів води при температурі навколишнього середовища, а також виділився з води розчиненим повітрям, тобто тиск в порожнині становило близько 0,1 атмосфери). Емануель Маньяно закріпив в цій порожнині дзвіночок і молоток. Впливаючи на молоток магнітом, він бив молотком по дзвонику. В результаті цього першого в історії експерименту в вакуумі (точніше, в розрідженому газі) було виявлено, що звук дзвіночка був приглушеним [8] .

вчений Рафаело Маджотті [9] (1597-1656) з Риму повідомив про досліди Берті і Маньяно учневі Галілея, флорентійцю Еванджеліста Торрічеллі . При цьому Маджотті висловив думку, що більш щільна рідина зупинилася б на нижчому рівні [10] . В 1644 році Торрічеллі (за допомогою Вінченцо Вівіані , Іншого учня Галілея) зумів створити першу вакуумну камеру. Його роботи, пов'язані з теоріями атмосферного тиску, послужили основою додаткових експериментальних методик. Вакуум за методом Торрічеллі ( торрічелліевой порожнеча ) Досягається шляхом наповнення ртуттю довгою скляної трубки, запаяній з одного кінця, а потім перевертанням її таким чином, щоб відкритий кінець трубки виявився під поверхнею ртуті в ширшому відкритому посуді [11] . Ртуть буде витікати з трубки, поки сила тяжіння ртутного стовпа нічого очікувати скомпенсировано атмосферним тиском. У вільному від ртуті просторі в верхньому, запаяному кінці трубки утворюється вакуум. Цей метод лежить в основі роботи ртутного барометра . При стандартному атмосферному тиску висота ртутного стовпа, врівноваженого атмосферним тиском, дорівнює 760 мм.

Близько 1650 року німецький учений Отто фон Геріке винайшов перший вакуумний насос (Поршневий циліндр з водяним ущільненням), що дозволив легко відкачувати повітря з герметичних ємностей і експериментувати з вакуумом [12] . Насос, названий автором antlia pneumatica, був ще дуже далекий від досконалості і вимагав не менше трьох осіб для маніпуляцій з поршнем і кранами, зануреними у воду, для кращої ізоляції утворюється порожнечі від зовнішнього повітря. Однак з його допомогою Геріке зумів продемонструвати багато властивостей вакууму, зокрема, поставивши знаменитий досвід з магдебурзькими півкулями . Геріке створив також водяний барометр, за принципом дії аналогічний ртутному барометра Торрічеллі, хоча через меншу щільність води в порівнянні з ртуттю висота водяного стовпа, врівноважує атмосферний тиск, в 13,6 разів більше - близько 10 метрів. Геріке вперше з'ясував, що вакуум не проводить звук і що горіння в ньому припиняється [13] .

Вакуумний насос Геріке був значно вдосконалений Робертом Бойл , Що дозволило йому виконати ряд експериментів для з'ясування властивостей вакууму і його впливу на різні об'єкти. Бойль виявив, що в вакуумі гинуть дрібні тварини, вогонь згасає, а дим опускається вниз (і, отже, так само схильний до впливу сили тяжіння, як і інші тіла). Бойль з'ясував також, що підняття рідини в капілярах відбувається і в вакуумі, і тим самим спростував пануюче тоді думка, що в цьому явищі бере участь тиск повітря. Навпаки, перетікання рідини через сифон в вакуумі припинялося, ніж було доведено, що це явище обумовлено атмосферним тиском. Він показав, що при хімічних реакціях (таких, як гасіння вапна), а також при взаємному терті тел тепло виділяється і в вакуумі.

Люди и тварини, Які зізналася впліву вакууму, втрачають свідомість через кілька секунд и вмирають від гіпоксії в течение декількох хвилин, но ЦІ симптоми, як правило, не схожі на ті, Які показують в популярній культурі и ЗМІ. Зниженя тиску зніжує температуру кіпіння, при Якій кров та інші біологічні Рідини повінні закіпіті, но пружньою Тиск кровоносна судина НЕ дозволяє крови досягті температури кіпіння 37 ° С [14] . Хоча кров не закіпає, ефект освіти газових бульбашок в ній и других рідінах тела при низьких тиску, відомій як ебуллізм (Повітряна емфізема), є серйозною проблемою.Більше. Газ может роздуваті Тіло в два рази больше его нормального розміру, но тканини Досить еластічні, щоб запобігті їх розрив [15] . набрякі и ебуллізм можна запобігті спеціальнім льотно костюмом. Астронавти шатлів носили спеціальну еластичну одяг під назвою Crew Altitude Protection Suit (CAPS), яка запобігає ебуллізм при тиску понад 2 кПа (15 мм рт.ст.) [16] . Швидке випаровування води охолоджує шкіру і слизові оболонки до 0 ° С, особливо в роті, але це не представляє великої небезпеки.

Експерименти на тваринах показують, що після 90 секунд перебування організму в вакуумі зазвичай відбувається швидке і повне відновлення організму, проте більш довге перебування у вакуумі фатально і реанімація марна [17] . Є лише обмежений обсяг даних про вплив вакууму на людину (як правило, це відбувалося при попаданні людей в аварію), але вони узгоджуються з даними, отриманими в експериментах на тваринах. Кінцівки можуть перебувати у вакуумі набагато довше, якщо дихання не порушено [18] . Першим показав, що вакуум смертельний для дрібних тварин, Роберт Бойль в 1660 році .

Ступінь вакууму визначається кількістю речовини, які залишилися в системі. Вакуум, в першу чергу, визначається абсолютним тиском , А повна характеристика вимагає додаткових параметрів, таких як температура і хімічний склад. Одним з найбільш важливих параметрів є середня довжина вільного пробігу (MFP) залишкових газів, яка вказує середнє відстань, яке частка пролітає за час вільного пробігу від одного зіткнення до наступного. Якщо щільність газу зменшується, MFP збільшується. MFP в повітрі при атмосферному тиску дуже короткий, близько 70 нм, а при 100 мПа (~ 1 × 10-3 торр) MFP повітря становить приблизно 100 мм. Властивості розрідженого газу сильно змінюються, коли довжина вільного пробігу стає порівнянна з розмірами посудини, в якому знаходиться газ.

Вакуум підрозділяється на діапазони відповідно до технології, необхідної для його досягнення або вимірювання. Ці діапазони не мають загальновизнаних визначень, але типове розподіл виглядає наступним чином [19] [20] :

тиск ( мм рт.ст. ) Тиск ( па ) Атмосферний Тиск 760 1,013 × 10 + 5 Низький вакуум від 760 до 25 від 1 × 10 + 5 до 3,3 × 10 + 3 Середній вакуум від 25 до 1 × 10-3 від 3,3 × 10 + 3 до 1,3 × 10 -1 Високий вакуум від 1 × 10-3 до 1 × 10-9 від 1,3 × 10-1 до 1,3 × 10-7 Надвисокий вакуум від 1 × 10-9 до 1 × 10-12 від 1,3 × 10-7 до 1,3 × 10-10 Екстремальний вакуум <1 × 10-12 <1,3 × 10-10 Космічний простір від 1 × 10-6 до <3 × 10-17 від 1,3 × 10-4 до <1,3 × 10-15 Абсолютний вакуум 0 0

Вакуум корисний для багатьох процесів і застосовується в різних пристроях. Вперше для масово використовуваних товарів він був застосований в лампах розжарювання з метою захисту нитки від хімічного розкладання . Хімічна інертність матеріалів, що забезпечується вакуумом, також корисна для електронно-променевого зварювання , холодної зварювання , Вакуумної упаковки і вакуумної смаження. Надвисокий вакуум використовується при вивченні атомарному чистих субстратів, так як тільки дуже високий вакуум зберігає поверхні чистими на атомарному рівні протягом досточно тривалого часу (від хвилин до доби). При високому і надвисокому вакуумуірованіі усувається протидія повітря, дозволяючи пучкам частинок осаджувати або видаляти матеріали без забруднення. Цей принцип лежить в основі хімічного осадження з газової фази , вакуумного напилення і сухого травлення, які застосовуються у виробництві напівпровідників і оптичних покриттів, а також в хімії поверхні. зниження конвекції забезпечує теплоізоляцію в термосах . Глибокий вакуум знижує температуру кипіння рідини і сприяє низькій температурі дегазації , Яке використовується в сублімаційного сушіння , приготуванні клею , перегонці , металургії і вакуумної очищення. Електричні властивості вакууму роблять можливими електронні мікроскопи и вакуумні трубки , включаючі катодні променеві трубки . вакуумні вимикачі використовуються в електричних розподільчих пристроях . вакуумний пробою має промислове значення для виробництва певних марок сталі або матеріалів високої чистоти. Виняток тертя повітря корисно для накопичення енергії маховика и ультрацентрифуг .

Керовані вакуумом машини [ правити | правити код ]

Вакуум зазвичай використовується, щоб зробити всмоктування , Яке має ще ширший спектр застосування. Паровий двигун Ньюкомена використовував вакуум замість тиску, щоб управляти поршнем. У XIX столітті вакуум був використаний для тяги на експериментальній пневматичної залізниці Ізамбард Брунеля . Вакуумні гальма колись широко використовувалися на поїздах в Великобританії, але, за винятком історичних залізниць , Вони були замінені пневматичними гальмами .

Вакуум впускного колектора можна використовувати для того, щоб управляти допоміжним обладнанням на автомобілях. Найбільш відоме застосування - це вакуумний підсилювач для збільшення потужності гальм . Раніше вакуум застосовувався в вакуум-приводах склоочисника и паливних насосах Autovac. Деякі авіаційні прилади (авіагоризонт і покажчик курсу) зазвичай управляються вакуумом, як страховка від виходу з ладу всіх (електричних) приладів, оскільки ранні літаки часто не мали електричних систем, і оскільки є два легкодоступних джерел вакууму на рухомому літаку, двигун і трубка Вентурі . При вакуумноіндукціонной плавці застосовують електромагнітну індукцію в вакуумі.

Підтримка вакууму в конденсаторі важливо для ефективної роботи парових турбін . Для цього використовується інжектор або водокільцевий насос . Звичайний вакуум, який підтримується в паровому обсязі конденсатора на вихлопному патрубку турбіни (ще його називають тиск конденсатора турбіни), знаходиться в діапазоні від 5 до 15 кПа, в залежності від типу конденсатора і умов навколишнього середовища.

дегазація [ правити | правити код ]

випаровування и сублімація в вакуумі називається дегазацією . Всі матеріали, тверді або рідкі, трохи парять (відбувається газовиділення), і їх дегазація необхідна коли тиск вакууму падає нижче тиску їх пара. Років матеріалів у вакуумі має таке ж ефект як натікання і може обмежити досяжний вакуум. Продукти випаровування можуть конденсуватися на прилеглих більш холодних поверхнях, що може викликати проблеми, якщо вони покриють оптичні прилади або вступлять в реакцію з іншими матеріалами. Це викликає великі труднощі при польотах в космосі, де затемнений телескоп або елемент сонячної батареї може зірвати високовитратного операцію.

Найпоширенішим виділяється продуктом в вакуумних системах є вода, поглинена матеріалами камер . Її кількість може бути зменшено сушінням або прогріванням камери і видаленням абсорбуючих матеріалів. Що випаровується вода може конденсуватися у маслі пластинчато-роторних насосів і різко зменшити їх робочу швидкість, якщо не використовується газобалластного пристрій. Високовакуумні системи повинні бути чистими, в них не повинно залишатися органічних речовин, щоб звести до мінімуму газовиділення.

Надвисокі вакуумні системи, як правило, отжигаются, бажано під вакуумом, щоб тимчасово підвищити випаровування всіх матеріалів і випарувати їх. Після того, як більша частина випаровуються матеріалів випарується і видалена, система може бути охолоджена, для зменшення ширяння матеріалів і мінімізації залишкового газовиділення під час робочої експлуатації. Деякі системи охолоджують істотно нижче кімнатної температури за допомогою рідкого азоту для повного припинення залишкового газовиділення і одночасно створення ефекту кріогенної відкачування системи.

Відкачування і атмосферний тиск [ правити | правити код ]

Гази взагалі не можна виштовхнути, тому вакуум не може бути створений всмоктуванням. Всмоктування може поширити і розбавити вакуум, дозволяючи високому тиску вводити в нього гази, але, перш ніж всмоктування може статися, необхідно вакуум створити. Найпростіший спосіб створити штучний вакуум - розширити обсяг камери. Наприклад, м'яз діафрагми розширює грудну порожнину, що призводить до збільшення обсягу легких. Це розширення зменшує тиск і створює низький вакуум, який незабаром заповнюється повітрям, що нагнітається атмосферним тиском.

Щоб продовжувати спустошення камери нескінченно, не використовуючи постійно її збільшення, вакуумируют її відсік може бути закритий, пройдуть, розширено знову, і так багато разів. Це принцип роботи насосів з примусовим витісненням (газопереносних), наприклад, ручний водяний насос. Усередині насоса механізм розширює невелику герметичну порожнину для створення вакууму. Через перепад тиску частина рідини з камери (або колодязя, в нашому прикладі) заштовхується в маленьку порожнину насоса. Потім порожнину насоса герметично закривається від камери, відкривається в атмосферу і стискається до мінімального розміру, виштовхуючи рідину.

Наведене вище пояснення є просте введення в вакуумирование і не є типовим для всього діапазону використовуваних насосів. Розроблено багато варіацій насосів з примусовим витісненням, і безліч конструкцій насосів засновані на радикально інших принципах. Насоси передачі імпульсу, які мають деяку схожість з динамічними насосами, використовуваними при більш високому тиску, можуть забезпечити набагато більш високу якість вакууму, ніж насоси з примусовим витісненням. Газосвязивающіе насоси здатні захоплювати гази в твердому або поглиненому стані, працюють часто без рухомих частин, без ущільнень і без вібрації. Жоден з цих насосів не є універсальним; кожен тип має серйозні обмеження застосування. У всіх є труднощі з відкачуванням газів з малою масою молекул, особливо водню, гелію і неону.

Найнижче тиск, який може бути досягнуто в системі, крім пристрою насосів, також залежить від багатьох факторів. Кілька насосів можуть бути з'єднані послідовно, в так звані ступені, для досягнення більш високого вакууму. Вибір ущільнень, геометрії камери, матеріалів і процедур відкачування - все буде мати ефект. У сукупності все це називають вакуумної технікою. І іноді, підсумкове тиск - не єдина суттєва характеристика. Насосні системи відрізняються масляним забрудненням, вібрацією, виборчої відкачуванням певних газів, швидкостями відкачування, переривчастістю експлуатації, надійністю або стійкістю до високих швидкостей натекания.

У системах з надвисоким вакуумом необхідно враховувати деякі дуже «дивні» шляху натекания і джерела ширяння. Неприйнятним джерелом випарів стає здатність до водопоглинання алюмінію і паладію, доводиться враховувати навіть адсорбционную здатність твердих металів, таких як нержавіюча сталь або титан. Деякі масла й змащення будуть кипіти при високому вакуумі. Можливо, доведеться враховувати проникність металевих стінок камер, і напрямок зерен металевих фланців має бути паралельним торця фланця.

Найнижчі тиску, які в даний час досяжні в лабораторних умовах, складають близько 10-13 торр (13 ППА). Однак, тиску нижче, ніж 5 × 10-17 торр (6.7 ФПА) були побічно вимірювані кріогенної вакуумної системи. Це відповідає ≈100 частинок / см3.

застосування:

1. ↑ Chambers, Austin. Modern Vacuum Physics. - Boca Raton: CRC Press, 2004. - ISBN 0-8493-2438-6 .
2. ↑ Tadokoro, M. A Study of the Local Group by Use of the Virial Theorem (англ.) // Publications of the Astronomical Society of Japan (Англ.): Journal. - 1968. - Vol. 20. - P. 230. - Bibcode : 1968PASJ ... 20..230T .
3. ↑ Родін А. М., Дружинін А. В. Вакуум // фізична енциклопедія : [В 5 т.] / Гол. ред. А. М. Прохоров . - М.: Радянська енциклопедія, 1988. - Т. 1: Ааронового - Бома ефект - Довгі лінії. - С. 235-236. - 707 с. - 100 000 прим.
4. ↑ Werner S. Weiglhofer. § 4.1 The classical vacuum as reference medium // Introduction to complex mediums for optics and electromagnetics / Werner S. Weiglhofer and Akhlesh Lakhtakia, eds. - SPIE Press, 2003. - P. 28, 34. - ISBN 978-0-8194-4947-4 .
5. ↑ Tom G. MacKay. Electromagnetic Fields in Linear Bianisotropic Mediums // Progress in Optics, Volume 51 / Emil Wolf. - Elsevier, 2008. - P. 143. - ISBN 978-0-444-52038-8 .
6. ↑ Фізична енциклопедія, т.5. Стробоскопічні прилади - Яскравість / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред.кол .: А. М. Балдін, А. М. Бонч-Бруєвич і ін. - М.: Великої російської енциклопедії, 1994, 1998.-760 с.: Ил. ISBN 5-85270-101-7 , стр.644
7. ↑ Галілей Г. Вибрані праці в двох томах. / Упорядник В. І. Франкфурт. - Том 2. - М .: Наука, 1964.
8. ↑ Schotti HG Technica Curiosa. 1664.
9. ↑ Horror Vacui? - Raffaello Magiotti (1597-1656) - IMSS .
10. ↑ Cornelis De Waard. L'experience barometrique. Ses antecedents et ses explications. Thouars, 1936. P. 181.
11. ↑ How to Make an Experimental Geissler Tube, Popular Science monthly, February 1919 року, Unnumbered page, Scanned by Google Books: https://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PT3
12. ↑ В. П. Борисов (Інститут історії природознавства і техніки ім. С. І. Вавилова РАН.). Винахід, що дало дорогу відкриттів: У 2002 р виповнилося 400 років від дня народження винахідника вакуумного насоса Отто фон Геріке // Вісник Російської академії наук. - 2003. - Т. 73, № 8. - С. 744-748.
13. ↑ В. П. Борисов, Винахід вакуумного насоса і крах догми «Страху Порожнечі» // Питання історії природознавства і техніки, № 4, 2002
14. ↑ Landis, Geoffrey Human Exposure to Vacuum (неопр.). www.geoffreylandis.com (7 серпня 2007). Дата звернення 25 березня 2006.
15. ↑ Billings, Charles E. Chapter 1) Barometric Pressure // Bioastronautics Data Book / Parker, James F .; West, Vita R .. - Second. - NASA, 1973. - P. 5. - ISBN NASA SP-3006.
16. ↑ Webb P. The Space Activity Suit: An Elastic Leotard for Extravehicular Activity (англ.) // Aerospace Medicine: journal. - 1968. - Vol. 39, no. 4. - P. 376-383. - PMID 4872696 .
17. ↑ Cooke JP, RW Bancroft. Some Cardiovascular Responses in Anesthetized Dogs During Repeated Decompressions to a Near-Vacuum (англ.) // Aerospace Medicine: journal. - 1966. - Vol. 37, no. 11. - P. 1148-1152. - PMID 5972265 .
18. ↑ Harding, Richard M. Survival in Space: Medical Problems of Manned Spaceflight. - Routledge, 1989. - ISBN 0-415-00253-2 . .
19. ↑ American Vacuum Society. Glossary (неопр.). AVS Reference Guide. Дата звернення 15 березня 2006. Читальний зал 15 червня 2013 року.
20. ↑ National Physical Laboratory, UK. What do 'high vacuum' and 'low vacuum' mean? (FAQ - Pressure) (неопр.). Дата обертання 22 квітня 2012. Читальний зал 15 червня 2013 року.

• Борисов В.П. Вакуум: від натурфілософії до дифузійного насоса. - М.: НПК «Інтелвак», 2001.
• Наукові основи вакуумної техніки. - М., 1964.
• Грошковський Я. Техніка високого вакууму. - М., 1975.
• Основи вакуумної техніки. 2-е изд. - М., 1981.
• Розанов Л. І. Вакуумна техніка. 2-е изд. - М., 1990. ..
• LB Okun . On the concepts of vacuum and mass and the search for higgs (Англ.) // Modern Physics Letters A . - 2012. - Vol. 27. - P. 1230041. - DOI : 10.1142 / S0217732312300418 . - arXiv : 1212.1031 .
• Крамер Д. та ін. Точні рішення рівнянь Ейнштейна. М .: Світ, 1982. - 416 с.
• Ландау Л. Д. , Ліфшиц Е. М. Теорія поля. - Видання 7-е, виправлене. - М .: наука , 1988. - 512 с. - ( « теоретична фізика », Том II). - ISBN 5-02-014420-7 .
• Паулі В. Теорія відносності. М .: Наука, 1991
• Гриб А. А. Проблема неінваріантни вакууму в квантової теорії поля. М .: Атомиздат, 1978