Физический энциклопедический словарь
ВАКУУМ
(от лат. vacuum — пустота), состояние газа при давлении меньше атмосферного. Понятие «В.» применяется к газу в замкнутом или откачиваемом сосуде, но нередко распространяется и на газ в свободном пр-ве, напр. к космосу. Степень В. определяют, измеряя величину давления остаточных газов. Физич. характеристикой В. 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 ср. скорости v молекулы к числу z столкновений, испытываемых ею за ед. времени; её можно выразить через радиус молекулы r и число молекул n в ед. объёма: l=0,056/r2n.
В зависимости от величины отношения l/d различают низкий В. l/d<-1), средний В. (l/d=1) и высокий В. (l/d->1). В обычных вакуумных установках и приборах (d»10 см) низкому В. соответствуют давления р>1 мм рт. ст., среднему В.— 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 В.
соответствует р от десятков до сотен мм рт. ст., а в камерах для имитации косм. пр-ва размером в десятки м граница между средним и высоким В. достигала бы =10-5 мм рт. ст.
В сверхвысоком В. (р<10-8мм рт. ст.) не происходит заметного изменения св-в поверхности первоначально свободной от адсорбиров. газа, за время, существенное для данного процесса. Понятие сверхвысокого В. связано не с величиной отношения l/d, а со временем t, необходимым для образования мономол. слоя газа на поверхности тв. тела в В., к-рое обратно пропорц. давлению. При р=-10-6 мм рт. ст. t=1 с. При других давлениях оно может оцениваться по ф-ле: t=10-6/р, к-рая справедлива, если каждая молекула газа, соударяющаяся с поверхностью, остаётся на ней (коэфф. захвата 1). В большинстве случаев, однако, коэффициент захвата меньше 1, и т увеличивается.
Св-ва газа в низком В. определяются частыми столкновениями между молекулами газа в объёме, сопровождающимися обменом энергией. Поэтому течение газа в низком В. носит вязкостный хар-р, а явления переноса (теплопроводность, внутреннее трение, диффузия) характеризуются плавным изменением (или постоянством) градиента переносимой величины. Напр., темп-pa газа в пр-ве между горячей и холодной стенками в низком В. изменяется постепенно, и темп-pa газа у стенки близка к темп-ре стенки. При прохождении тока в низком В. определяющую роль играет ионизация молекул газа.
В высоком В. поведение газа определяется столкновениями его молекул со стенками или другими тв. телами; столкновения молекул друг с другом происходят редко и играют второстепенную роль. Движение молекул между тв. поверхностями происходит по прямолинейным траекториям (мол. 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 темп-ре холодной стенки, а остальные — скорость, соответствующую темп-ре горячей стенки, т. е. ср. темп-pa газа во всём пр-ве одинакова и отлична от темп-ры как горячей, так и холодной стенок. Кол-во переносимой величины (теплоты) прямо пропорц. р. Прохождение тока в высоком В. возможно в результате электронной эмиссии с электродов. Ионизация молекул газа существенна только в тех случаях, когда длина пробега эл-нов становится значительно больше расстояния между электродами. Это достигается при движении заряж. ч-ц по сложным траекториям, напр. в магн. поле, или при их колебат. движении ок. электрода. Св-ва газа в среднем В. явл. промежуточными.