Вакуум космический и бытовой
Итак, что такое вакуум? Если мы как следует поищем на просторах интернета, мы выясним, что это понятие используют для названия двух определенно разных вещей. Первый, тот самый, привычный нам «космовакуум», который иначе называют техническим вакуумом. И под ним подразумевается или полное отсутствие воздуха, а также других газов, или просто пониженное атмосферное давление.
Является ли в таком случае космическое пространство вакуумом? Конечно, хотя несколько атомов водорода на квадратный метр межзвездного пространства все равно найдутся. При этом абсолютный вакуум (полное отсутствие атомов какого-либо вещества) является величиной скорее абстрактной – получить его даже в крайне малых объемах на данный момент невозможно.
Возможно, в будущем это и не будет составлять проблемы, например, если для его создания использовать магнитное или иное поле. Вакуум не антигравитация и вполне укладывается в современную научную картину.
Кстати, для того чтобы «увидеть» технический вакуум, необязательно становиться участником космической программы. Достаточно будет приобрести в супермаркете упакованный с помощью откачки воздуха продукт или поставить жене банки на спину – что такое вакуум, как не помощник человека?
применяют к некоиденсирующемуся газу, и к пару. Давление газа на ограничивающую поверхность — отношение нормальной составляющей силы, действующей со стороны газа на ограничивающую поверхность, к площади этой поверхности. Давление в определенной точке газового пространства — отношение скорости переноса нормальной составляющей количества движения, которое определяется движением молекул в обоих направлениях через область на воображаемой плоскости, проходящей через рассматриваемую точку, к площади этой области (при наличии потока молекул газа указывают ориентацию плоскости по отношению к вектору этого потока). Откачка — уменьшение молекулярной концентрации газа при помощи устройств, удаляющих или поглощающих газ. Время откачки — время, необходимое для уменьшения давления в откачиваемом сосуде до определенного значения насосом конкретного типа или вида. Остаточный газ — газ, оставшийся в вакуумной системе после откачки. Предельное остаточное давление — наименьшее давление, которое может быть достигнуто в определенных условиях при использовании конкретных устройств для откачкн. Форвакуум — вакуум, создаваемый насосом более низкого вакуума при последовательной работе нескольких насосов. Абсолютное давление газа — давление газа, отсчитываемое от нулевого. Атмосферное давление — абсолютное давление атмосферы. Нормальное состояние газа — состояние газа при нормальных условиях: давлении 101 325 Па и температуре 273 К. Разреженный газ — газ, молекулярная концентрация которого меньше его концентрации при нормальных условиях. Парциальное давление — давление определенного компонента газовой смеси. Полное давление — сумма парциальных давлений компонентов газовой смеси. Количество газа — произведение объема, занимаемого газом, на его давление. Пар — газ, температура которого ниже критической (газ, который можно перевести в конденсированную фазу только повышением давления). Насыщенный пар — пар, находящийся в термодинамическом равновесии с одной из конденсированных фаз рассматриваемого вещества прн дайной температуре. Ненасыщенный пар — пар, давление которого меньше давления насыщенного пара данного вещества при той же температуре. Степень насыщения — отношение давления пара к давлению насыщенного пара, Молекулярная концентрация — число молекул газа в единице объема. Плотность газа — масса единицы объема газа. Плотность газа, приведенная к единице давления, — отношение плотности газа к его давлению. Длина свободного пути молекулы — длина пути молекулы между двумя последовательными столкновениями с другими молекулами. Средняя длина свободного пути молекулы — среднее арифметическое расстояний. которые молекула проходит между двумя последовательными столкновениями с другими молекулами. Число столкновений в единицу времени — среднее арифметическое столкновений молекулы за единицу времени с другими молекулами. Эффективная длина свободного пути молекул — отношение средней длины свободного пути молекул к вероятности определенного процесса (явления) в результате одного столкновения (под вероятностью определенного процесса понимают отношение числа столкновений, при которых совершается этот процесс, например ионизация, к числу столкновений за достаточно большой промежуток времени). Диффузия газа — движение газа в другой среде под влиянием градиента концентраций. Коэффициент диЛфуши — отношение абсолютной скорости потока молекул через единицу поверхности к градиенту концентрации при условии, что поверхность нормальна градиенту. Течение газа — перемещение газа в трубопроводе под действием разности давлений или температур на его концах. Вязкостное течение — течение газа в канале при условиях, когда средняя длина свободного пути молекул очень мала по сравнению с наименьшим внутренним поперечным размером канала. Ламинарное течение — течение газа, характеризующееся отсутствием перемешивания между соседними слоями. Турбулентное течение — течение газа, при котором молекулы совер. шают неустановившиеся беспорядочные движения по сложным траекториям. Пуаэейлевское течение — ламинарное вязкостное течение в длинной трубе круглого сечения. Молекулярное течение — течение газа в канале при условиях, когда средняя длина свободного пути молекул значительно превышает внутренний поперечный размер канала. Молекулярновязкостное течение — течение газа в канале при условиях, промежуточных между условиями ла ‘ минарного, вязкостного и молекулярного течений. Эффузионное течение — течение газа через отверстие при условиях, когда наибольший размер отверстия меньше средней длины свободного пути молекул. Температурная транспирация — течение газа между соединенными сосудами под действием разности температур сосудов, результатом которой является образование «градиента давлений. Поток молекул — число молекул, проходящих через некоторое сечение в единицу времени. Результирующий поток молекул —’ отношение потока молекул, определяемого разностью между числом молекул, пересекающих поверхность за заданный интервал времени в заданном направлении, и числом молекул, пересекающих эту поверхность в обратном направлении к этому времени. Плотность потока молекул — отношение результирующего потока молекул к площади поверхности, которую ш пересекает. Массовый поток газа — масса газа, пересекающего определенную поверхность за единицу времени. Объемный поток газа — объем газа при указанных температурах и давлении, пересекающего определенную поверхность за единицу времени. Молярный поток газа — число молей данного газа, пересекающего определенную поверхность за единицу времени. Проводимость — отношение потока к разности средних давлений в двух указанных сечениях канала или по обе стороны от отверстия канала в предположении изотермического равновесия. Молекулярная проводимость — отношение результирующего потока молекул к разности средних чисел молекул в единице объема по обе стороны от отверстия или в двух поперечных сечениях канала. Сопротивление — величина, обратная проводимости. Сорбция — поглощение газа или пара твердым телом или жидкостью (сорбентом) . Адсорбция — поглощение газа или пара (адсорбата) поверхностью твердого вещества или жидкости (адсорбента). Абсорбция — поглощение газа (аб сорбата) объемом твердого тела или жидкости (абсорбента). Физическая сорбция — сорбция под действием физических сил,· при которой не образуются химические связи. Хемосорбция — сорбция, при которой образуются химические связи. Коэффициент аккомодации — отношение средней энергии, реально передаваемой поверхности налетающими частицами, к средней энергии, которая Μ·· жет быть передана поверхности налетающими частицами, если бы они отрывались от поверхности после достижения с нею полного теплового равновесия. Частота столкновений — отношение числа молекул, сталкивающихся с поверхностью в заданный интервал времени, к этому интервалу времени и площади поверхности. Скорость конденсации — число молекул, конденсирующихся на единице площади поверхности в единицу времени. Скорость прилипания — число молекул, сорбированных иа единице площади поверхности в единицу времени. Вероятность прилипания — отношение скорости прилипания к частоте столкновений молекул. Время удержания — среднее время, в течение которого молекулы удерживаются на поверхности в состоянии сорбции. Миграция — движение молекул на поверхности. Десорбция — освобождение газов или паров, сорбированных каким либо материалом. Гаэовыделение — самопроизвольное выделение газа из материала в вакуум. Обезвоживание — принудительное удаление газа из материала. Скорость испарения — число молекул вещества, испаряющегося с единицы площади поверхности в единицу времени. Проницаемость твердой перегородки — отношение потока газа через перегородку к потоку через то же сечение при отсутствии перегородки, являющееся фуикпией давлений по обе стороны от перегородки н ее структуры. Коэффициент проницаемости — отношение произведения проницаемости иа толщину перегородки к ее площади. Натекание — проникновение газа из окружающей среды в откачиваемый (откачанный) сосуд. Вакуумная система ■ ее элементы Вакуумная система — совокупность взаимосвязанных устройств для создания, повышения и поддержания вакуума, приборов для вакуумных измерений, а также откачиваемых сосудов и связывающих их вакуумных трубопроводов (к устройствам, обеспечивающим действие вакуумной системы, относятся, например, электродвигатель, аккумуляторы, печи). Вакуумная установка — установка, состоящая из вакуумной системы и устройств, обеспечивающих ее действие. Вакуумный агрегат — вакуумная установка, конструктивно выполненная как единое целое. Откачной пост — вакуумная установка, предназначенная для откачки, наполнения и тренировки изделий. Элемент вакуумной системы — прибор, сборочная единица или деталь, предназначенные для выполнения определенных функций в вакуумной системе (например, иасос, манометрический преобразователь, ловушка и др.). Условный проход — диаметр проходного сечения элемента вакуумной системы, определяющий присоединительные размеры по действующим стандартам. Откачиваемый сосуд — сосуд, в котором создается вакуум. Предохранительный баллон — сосуд, предназначенный для предохранения элементов вакуумной системы от попадания в них посторонних тел. Уравнительный вакуумный баллон — сосуд, предназначенный для выравнивания колебаний давления в вакуумной системе. Вакуумное защитное устройство — элемент вакуумной системы, предназначенный для быстрого отделения участка вакуумной системы, где произошел прорыв атмосферного воздуха, от остальной ее части. Вакуумный трубопровод — трубопровод, по которому перемещается разреженный газ в вакуумной системе. Форвакуумный трубопровод — вакуумный трубопровод, служащий для присоединения к форвакуумному насосу. Байпасный трубопровод — вакуумный трубопровод, предназначенный для откачки сосуда, минуя высоковакуум иый насос. Гребенка — трубка с рядом отростков, предиазиачеииая для присоединения нескольких откачиваемых сосудов. Вакуумный шлюз — устройство для введения в вакуумную систему или удаления из нее различных предметов без нарушения вакуума. Вакуумный смазочный материал — уплотнитель в виде вязкого вещества С низким давлением пара, применяемый в подвижных соединениях вакуумных систем. Вакуумная замазка — уплотнитель В виде пластичного вещества с низким давлением пара, применяемый в разборных неподвижных соединениях вакуумной системы, а также для устранения течей. Шлиф — совокупность двух пришлифованных поверхностей, обеспечивающая герметичное соединение элементов вакуумной системы (шлиф может быть подвижным и неподвижным). Вакуумный шланг — гибкая не де рмнруюшаяся под действием атмосрного давления трубка, служащая для соединения отдельных элементов вакуумной системы. Вакуумный клапан — устройство, позволиющее регулировать или полностью перекрывать поступление газа в вакуумную систему. Вакуумный затвор — вакуумный клапан, позволяющий соединять и разобщать элементы вакуумной системы. Вакуумный натекатель — напускной вакуумный клапан, предназначенный для напуска и регулирования малых потоков газа. Напускной вакуумный клапан — вакуумный клапан, предназначенный для напуска воздуха или газа в вакуумную .систему. Вакуумный ввод — устройство для передачи1 в вакуумный сосуд механической или электрической энергии. Выхлопной фильтр — устройство, расположенное на стороне выхода вакуумного насоса с масляным уплотнением и предназначенное для очистки выхлопного газа от масляного тумана. Ловушка — устройство, в котором парциальное давление компонентов газопаровой смеси понижается механическим, физическим Ати химическим способом и уменьшается проникновение паров или газов из одной части откачиой системы в другую. Конденсационная вакуумная ловушка — ловушка, действие которой основано на конденсации паров и газов на внутренних охлаждаемых поверхностях (по способу охлаждения различают водяные, азотноводяные, фреововые, термоэлектрические и другие конденсационные ловушки, по месту расположения в вакуумной системе — конденсационные форвакуумные и высоковакуумиые ловушки). Сорбционная вакуумная ловушка — ловушка, действие которой основано на сорбции паров и газов поверхностью порвстого сорбента (по применяемому сорбенту различают цеолнтовые, угольные, силикагелевые и другие сорбционные ловушки, по месту расположения в вакуумной системе — сорбционные форвакуумиые и высоконакуумные ловушки; сорбент может охлаждаться водой, жидким азотом и др.). Ионная вакуумная ловушка — ловушка, в которой для удаления определенных компонентов газовой смеси используют нх ионизацию. Маслоотделитель — устройство, предназначенное для отделения газа от масла. Маслоочиститель — устройство, предназначенное для удаления из вакуумного масла загрязняющих примесей. Оборудование для получения и поддержания вакуума Вакуумный насос — устройство, предназначенное для создания, повышения И (или) поддержания вакуума. Низковакуумный насос — вакуумный насос, предназначенный для понижения давления в откачиваемом объеме, начиная от атмосферного. Высоковакуумный насос — вакуумный иасос, работающий иа ступени самого низкого давления откачиой системы, которая состоит из двух или более последовательно соединенных насосов. Форвакуумный насос — вакуумный иасос, предназначенный для поддержания выпускного давления другого насоса. Бустерный вакуумный насос — вакуумный иасос, устанавливаемый между форвакуумным и высоковакуумиым насосами для увеличения быстроты откачки системы насосов при среднем вакууме либо для оптимизации давления в откачиой системе и уменьшения объемного расхода, необходимого для форвакуумпого насоса. Вакуумный насос предварительного разрежения — вакуумный иасос, предназначенный для понижения давления в откачиваемом объеме или откачиой системе от атмосферного давления до значения, при которой может начать работу другая откачна’я система или вакуумный иасос. Одноступенчатый вакуумный насос — вакуумный иасос, в котором перепад давлений создается одной рабочей ступенью. Многоступенчатый вакуумный насос — вакуумный иасос, в котором перепад давлений создается последовательно несколькими рабочими ступенями (ступени откачки нумеруют, начиная от ступени, создающей иаивысщий вакуум). Механический вакуумный насос — газоперекачивающий вакуумный насос, откачивающее действие которого основано на перемещении газа вследствие механического движения рабочих частей насоса. Вакуумный насос объемного действия — механический вакуумный иасос, в котором объем, заполненный газом, периодически отсекается от входа, обеспечивай перемещение газа к выходу. Гаэобалластный вакуумный насос — вакуумный иасос с масляным уплотнением, снабженный устройством для дозированной подачи иекоидеисирующегося газа для исключения конденсации откачиваемых паров в насосе. Поршневой вакуумный насос — вакуумный иасос объемного действия, в котором сжатие и нагнетание газа происходят под действием возвратнопоступательного движения поршня. Вращательный вакуумный насос — вакуумный иасос объемного действии, в котором сжатие и нагнетание газа осуществляют вращающие поверхности твердого тела. Пластинчатороторный вакуумный насос — вращательный вакуумный иасос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается тангенциально относительно неподвижной поверхности статора: при этом две или более пластины, скользящие в прорезях ротора и прижимающиеся к внутренней стейке статора, делят камеру статора на полости с изменяющимися объемами. Пластинчатостаторный вакуумный насос — вращательный вакуумный иасос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается, скользя по внутренней стенке статора; при этом пластина, движущаяся относительно статора, прижимается к ротору и делит рабочую камеру на части с изменяющимися объемами. Плунжерный вакуумный насос — вращательный вакуумный насос, в котором эксцентрично установленный ротор вращается относительно внутренней стенки статора; при этом пластина, жестко закрепленная на роторе, делит рабочую камеру на полости с изменяющимися объемами и скользит в золотнике (плунжере), колеблющемся в соответствующем гнезде статора. Жидкостнокольцевой вакуумный насос — вращательный вакуумный иасос, в котором эксцентрично установленный ротор с закрепленными на нем лопатками отбрасывает жидкость к стенке статора; жидкость принимает форму кольца, коицеитричио расположенного относительно статора, и вместе с лопатками ротора образует полости с изменяющимися объемами. Двухроторный вакуумный насос (насос Рутса) — вращательный вакуумный насос, рабочая камера в котором два взаимно связанных ротора, по форме напоминающие восьмерки, синхронно вращаются в противоположных направлениях с очень малым зазором, ие касаись один другого и стеиок камеры. Трохоидный вакуумный насос — вращательный вакуумный иасос, у которого центр тяжести эллипсообразиого ротора описывает окружность, а рабочая камера насоса имеет трохоидиое поперечное сечение. Кинетический вакуумный насос — механический вакуумный нас ос, в котором импульс движения передается молекулам газа таким образом, что газ непрерывно перемещается от входа к выходу насоса (различают струйные насосьг, в которых откачка происходит вследствие захвата газа илн молекул струей рабочего тела, и вращательные насосы, в которых импульс движения передается молекулам газа движущимися поверхностями нас оса). Вакуумный турбонасос — кииетичв: ский вакуумный иасос, в котором импульс движения передается газу от вращающихся твердых поверхностей. Молекулярный вакуумный насос — кинетический вакуумный насос, в котором молекулам газа в результата их соприкосновения с поверхностью высокоскоростного ротора сообщается импульс движения, заставляющий их перемещаться в направлении к выходу насоса. Турбомолекулярный вакуумный насос — молекулярный вакуумный насос, на валу ротора которого закреплены диски с прорезями или лопатками, которые вращаются между соответствующими дисками статора. Осевой вакуумный турбонасос — вакуумный турбонасос, в котором импульс движения передается газу вдоль оси вращения. Центробежный вакуумный турбонасос — вакуумный турбонасос, в котором импульс движения передается газу в радиальном направлении. Струйный вакуумный насос — газоперекачивающий вакуумный насос, в котором откачка происходит путем захвата газа струей рабочего тела (жидкости, пара или газа). Эокекторный вакуумный насос — пароструйный иизковакуумный насос, в котором происходит турбулентновязкостной захват газа струей. Жидкостноструйный вакуумный насос — струйный вакуумный насос, в котором в качестве рабочего тела используют струю жидкости (обычно воду). Газоструйный вакуумный насос — струйный вакуумный насос, в котором в качестве рабочего тела используют струю газа. Пароструйный вакуумный насос — струйный вакуумный насос, в котором в качестве рабочего туш используют струю пара. Диффузионный вакуумный насос — пароструйный высоковакуумный насос, в котором захват газа струей происходит за счет диффузии газа в струю. Самоочищающийся диффузионный вакуумный насос — диффузионный вакуумный насос, в котором летучие примеси не возвращаются в кипятильник, а направляются к выходу. Фракционный диффузионный вакуумный насос — многоступенчатый вакуумный паромасляиый насос, из ступени самого низкого давления которого откачивается газ более плотными компонентами рабочего вещества, представляющими собой струю пара низкого давления, а из ступеней более высокого давления — менее плотными компонентами с более высоким давлением пара. Диффузионнозжекторный вакуумный насос — пароструйный вакуумный насос, в котором ступени или ступеням, имеющим характеристики эжекторного вакуумного насоса, предшествуют ступень или ступени, имеющие характеристики диффузионного вакуумного иасоса. Ионный вакуумный насос — кинетический вакуумный насос, в котором молекулы газа ионизируются, а затем перемещаются к выходу иасоса с помощью электрического и магнитного полей (илн только электрического поля). Сорбционный вакуумный насос — газоулавливающий вакуумный насос, в котором откачка происходит вследствие сорбции газа. Адсорбционный вакуумный насос — сорбционный вакуумный иасос, в котором откачка происходит вследствие физической сорбции газа пористым сорбентом при низкой температуре. Геттерный вакуумный насос — сорбционный вакуумный иасос, в котором откачка происходит преимущественно вследствие хемосорбции газа геттером. Сублимационный вакуумный насос — геттер иый вакуумный иасос, поглощающая поверхность которого обновляется при конденсации иа ней термически испаряемого геттера. Геттер ноионный вакуумный насос — геттерный вакуумный иасос, в котором наряду с хемосорбцией происходит ноиизацня газа с последующим внедрением ускоренных иоиов в поверхность распыленного геттера. Испарительноионный вакуумный насос — геттериоиониый вакуумный иасос, в котором ноиизироваииый газ направляется к поверхности геттера, получаемой в результате непрерывного или периодического испарения. Магнитный злектрораэрядный вакуумный насос — геттериоиоииый вакуумный иасос, в котором для распыления геттера используют газовый разряд в магнитном поле. Вакуумный крионасос — конденсационный или сорбционный насос с рабочими поверхностями, охлаждаемыми до сверхнизких температур. Быстрота откачки вакуумного насоса — объем газа при фиксированном давлении, откачиваемого в единицу времени. Быстрота действия вакуумного насоса — величина, характеризующаяся быстротой откачки во входном сечении насоса при его работе. Эффективная быстрота откачки вакуумного насоса — быстрота откачки на конце трубопровода, присоединенного к откачиваемому сосуду. Производительность вакуумного насоса — поток газа через входное сечение насоса. Наибольшее давление запуска вакуумного насоса — наибольшее давление во входном сечении вакуумного насоса, при котором насос может начать работать. Наибольшее выпускное давление вакуумного насоса — наибольшее давление в выходном сечении вакуумного иасоса, при котором иасос может осуществлять откачку. Наибольшее рабочее давление вакуумного насоса — наибольшее давление во входном сечении насоса, при котором он длительное время сохраняет номинальную быстроту действия. Предельное остаточное давление насоса — значение, к которому асимптотически стремится давление в стандартизованном испытательном объеме без выпуска газа при нормально работающем насосе. Время выхода вакуумного насоса на рабочий режим — время с момента включения насоса до момента, когда ой может начать откачку при рабочем давлении. Средства для измерении и контроля вакуума Манометр — прибор для измерения давления или разности давлений. Вакуумметр — манометр для измерения давления разреженного газа или пара. Абсолютный вакуумметр — вакуумметр, чувствительность которого одинакова для всех газов и может быть рассчитана по измеряемым физическим величинам. Дифференциальный вакуумметр — вакуумметр для измерения разности давлений по обе стороны от разделительного чувствительного элемента. Вакуумметр полного давления — вакуумметр для измерения суммарного давления, оказываемого всеми компонентами газовой смеси. Измерительный преобразователь давления — первичный измерительный преобразователь, воспринимающий непосредственно измеряемое давление и преобразующий его в другую физическую величину. Открытый преобразователь давления — преобразователь давления, электродная система которого не имеет герметизированного корпуса и (или) проводимость между центром электродной системы и входным сечением присоединительного патрубка равна или превышает 210~2 м3/с. Закрытый преобразователь давления — преобразователь давления, электродная система которого заключена в герметизированный корпус и проводимость между ее центром и выходным сечением присоединительного патрубка меньше 2 · 10—2 м3/с. Измерительный блок вакуумметра — часть вакуумметра, которая предназначена для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем, и содержит блок питания и все электрические цепи, необходимые для работы прибора. Отсчетное устройство вакуумметра — часть измерительного блока вакуумметра, предназначенного для регистрации значений измеряемого параметра. Массспектрометр — прибор для количественного и (или) качественного определения состава и структуры веществ, изучения физикохимических процессов и явлений по массспектрам этих веществ. Индикатор с разрядной трубкой — прозрачная газоразрядная трубка, позволяющая по цвету и форме свечения разряда определить вид газа и его давление. Жидкостный вакуумметр — вакуумметр полного давления, действие которого основано на уравновешивании измеряемого давления или разиости давлений давлением столба жидкости. Мобразный вакуумметр — жидкостный вакуумметр, состоящий из сообщающихся сосудов, давление в которых определяют по одному нлн нескольким уровням жидкости. Деформационный вакуумметр — вакуумметр полного давления, действие которого основано на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления. Мембранный вакуумметр — деформационный вакуумметр, в котором чувствительным элементом ивляется мембрана илн мембранная коробка. Компрессионный вакуумметр — жидкостный вакуумметр, в котором для измерения давления разреженного газа последний предварительно сжимается. Вязкостный вакуумметр — вакуумметр полного давления, действие которого основано на зависимости вязкости разреженного газа от скорости движения в нем твердого тела и измеряемого давления. Тепловой вакуумметр — вакуумметр полного, давления, действие которого основано на зависимости теплопроводности разреженного газа от давления. Термопарный вакуумметр — тепловой вакуумметр, в котором использована зависимость электродвижущей силы термопары от измеряемого давления. Вакуумметр сопротивления — тепловой вакуумметр, действие которого основано на зависимости электрического сопротивления нагреваемого током элемента от давления газа. Термомолекулярный вакуумметр — вакуумметр полного давления, действие которого основано иа передаче чувствительному элементу суммарного импульса молекул газа, отражающихся от поверхностей с различными температурами. Ионизационный вакуумметр — вакуумметр полного давления, действие которого основано на зависимости ионного тока, возникшего в газе в результате ионизации молекул разреженного газа, от давления. Радиоизотопный ионизационный вакуумметр — ионизационный вакуумметр, в котором для ионизации газа применяют излучение радиоактивных источников. Магнитный электроразрядный вакуумметр — ионизационный вакуумметр, действие которого основано иа зависимости тонного тока электрического разряда в магнитном поле от измеряемого давления. Вакуумметр Пеннинга — магнитный электроразрядный вакуумметр, в преобразователе которого один из электродов состоит из двух соединенных между собой пластин, а другой (обычно анод) помещен между ними и имеет форму замкнутой рамки; при этом направление магнитного поля перпендикулярно плоскости анодной рамки. Электронный ионизационный вакуумметр — ионизационный вакуумметр, в преобразователе которого газ ионизируется электронами, ускоряемыми электрическим полем. Электронный ионизационный вакуумметр с осевым коллектором — электронный ионизационный вакуумметр с уменьшенным фоновым давлением благодаря использованию в качестве коллектора ионов тонкой проволоки, помещенной соосно с цилиндрической сеткой, и укрепленного снаружи сетки катода. Экстракторный вакуумметр — электронный ионизационный вакуумметр, в преобразователе которого фоновой ток уменьшен использованием в качестве коллектора ионов короткой и гонкой проволоки, находящейся иа оси аиода и выведенной из области ионизации. Электронный ионизационный вакуумметр с магнитным полем — электронный ионизационный вакуумметр, преобразователь давления которого представляет собой цилиндрический магнетрон, в котором под действием магнитного поля увеличены траектория электронов и число образующихся иоиов. Радиочастотный массспектрометр — массспектрометр, в котором иоиы разделяются в радиочастотном продольном электрическом поле, образованном последовательно расположенными сетчатыми электродами (радиочастотными каскадами); при этом
Вакуум как первооснова Вселенной
Во втором значении вакуум предстает перед нами как некий фундамент, на котором базируется и функционирует наш с вами материальный мир. Такой вакуум принято называть физическим. Физический вакуум, в отличие от технического, крайне сложно загнать в рамки определений и науки вообще. Грубо говоря, это даже не параллельная, а перпендикулярная вселенная – невообразимое нечто, не имеющее материи, но обладающее удивительными энергетическими аномалиями с крайне высоким потенциалом.
Научись мы получать эту энергию, и атомные станции вместе с гидроэлектростанциями отправятся на свалку истории. Что такое вакуум? Возможно, это тот самый эфир, та таинственная сила, о которой говорил невероятный серб Тесла, на десятилетия, а может и на века опередивший свое время.
Характеристика физического вакуума
В квантовой физике под физическим вакуумом понимается низшее (главное) энергетическое состояние у квантованного поля, которое обладает нулевыми:
- импульсом;
- моментом импульса и др. квантовыми числами.
Такое состояние не обязательно будет соответствовать пустоте. Так, поле в низшем состоянии может быть полем квазичастиц в ядре атома с очень высокой плотностью или в твердом теле.
Определение 2
Физическим вакуумом называется также полностью лишённое вещества пространство, которое заполнено полем в таком состоянии.
Подобное состояние не представляет абсолютную пустоту. Согласно утверждению квантовой теории поля и принципу неопределенности, в физическом вакууме происходит процесс постоянного зарождения и исчезновения виртуальных частиц (нулевые колебания полей). Вакуум в некоторых теориях поля может иметь нетривиальные топологические свойства.
Готовые работы на аналогичную тему
- Курсовая работа Физический вакуум 470 руб.
- Реферат Физический вакуум 270 руб.
- Контрольная работа Физический вакуум 250 руб.
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость
В теории возможно существование нескольких различных видов вакуумов, которые отличны друг от друга по плотности энергии или другим физическим параметрам. При спонтанном нарушении симметрии вырождение вакуума приводит к непрерывному спектру вакуумных состояний, отличных друг от друга числом голдстоуновских бозонов.
Локальные энергетические минимумы при разных значениях отдельного поля, которые отличны по энергии от глобального минимума, называются ложными вакуумами. Подобные состояния метастабильны и стремятся к распаду при выделении энергии. При этом осуществляется переход в один из нижележащих вакуумов или в истинный вакуум.
Некоторые из предсказаний теории поля успешно подтверждены экспериментально. Так, эффект Казимира объясняют нулевые колебания в физическом вакууме электромагнитного поля.
Современные физические теории базируются на некоторых других представлениях о вакууме. Наличие нескольких вакуумных состояний (ложных вакуумов) представляет одну из важных основ теории Большого взрыва.
Лень читать?
Задай вопрос специалистам и получи ответ уже через 15 минут!
Задать вопрос
Бесконечная энергия
Представим себе, что буквально на расстоянии вытянутой руки лежит океан удивительной, нескончаемой и крайне дешевой в получении энергии. Максимально упрощая – электрический вакуум. Сумей мы овладеть возможностью широкого применения возможностей физического вакуума, и задачи, которые на данный момент кажутся на грани невозможного, перейдут в раздел повседневных. Освоение Солнечной системы, на данный момент ограниченное робкими вылазками беспилотных аппаратов и замороженными проектами пилотируемых экспедиций, может превратиться в экономически прибыльное дело. А где прибыль, туда и устремляются ресурсы.
Вполне возможными стали бы экспедиции за пределы орбиты Плутона, особенно в том случае, если бы утопические мечты фантастов о путешествиях в мифическом «подпространстве» воплотились за счет использования подпространства вполне реального – вакуума. И скорость света, которую мы привыкли считать абсолютом, перестала бы иметь определяющее значение. Скорость в вакууме, скорей всего, стала бы такой же условностью, что и линейное время. Можно учесть, а можно и подвинуть.
И да, что такое вакуум? Это мечта. Голубая греза человечества о золотом веке науки и высоких технологий. Воплотимая ли? Вполне. Еще полсотни лет назад современный планшетный компьютер показался бы истинной магией, а сегодня он обыденность. Все зависит только от нас.
Электрический ток в вакууме
Ток в вакууме не может существовать самостоятельно, так как вакуум является диэлектриком. В таком случае создать ток можно с помощью термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия – явление, при котором электроны выходят из металлов при нагревании. Такие электроны называются термоэлектронами, а все тело – эмиттер.
На это явление впервые обратил внимание американский ученый Томас Эдисон в 1879 году.
Рис. 2. Термоэлектронная эмиссия
Эмиссия делится на:
- вторичную электронную (выбивание быстрыми электронами);
- термоэлектронную (испарение электронов с горячего катода);
- фотоэлектронная (электроны выбиваются светом);
- электронная (выбивание сильным полем).
Электроны смогут вылететь из металла, если будут обладать достаточной кинетической энергией. Она должна быть больше работы выхода электронов для данного металла. Электроны, вылетающие из катода, образуют электронное облако. Половина из них возвращается в исходное положение. В равновесном состоянии число вылетевших электронов равно количеству вернувшихся. От температуры прямо пропорционально зависит плотность электронного облака (т.е. при повышении температуры, плотность облака становится больше).
При подключении электродов к источнику между ними возникает электрическое поле. Если положительный полюс источника тока соединить с анодом (холодным электродом), а отрицательный – с катодом (нагретым электродом), то напряженность электрического поля будет направлена к нагретому электроду.
Два вакуума – выбирай по вкусу
Итак, мы с вами выяснили, что под одним и тем же термином «вакуум» подразумеваются две совершенно разные вещи. Вакуум технический – в большей или меньшей степени разреженная среда, которую можно обнаружить как за пределами земной атмосферы, так и в тривиальном водном насосе, поливающем ваш огород за счет разницы в давлении.
Второй вакуум, физический, представляет собой некую среду, не имеющую аналогов в нашей материальной Вселенной, возможно, первооснову всякой материи, потенциальный источник бесконечной энергии. Эфир Теслы и сила древних магов – обладая некоторой долей фантазии, этот список можно продолжить.
Что можно сказать напоследок? К чему бы ни относился термин «вакуум», он таит в себе манящую загадку.
Где мы получим ответы – в бескрайних просторах космоса или в «соседнем измерении»? Это покажет только время.
Воронка Бюхнера — что это такое и для чего используется?
Этот лабораторная посуда представляет собой глазированную (кроме кромки) фарфоровую воронку с впаянной пластиной с крупными дырочками. Воронка вставляется в принимающий сосуд (герметичная емкость, колба Бунзена, др.), которая входит в состав установки фильтрации с разреженным воздухом.
На дырчатую пластину воронки Бюхнера выкладывают фильтровальная бумага необходимой плотности, через которую идет фильтрация. Далее собирается система и можно начинать процесс. Раньше применяли асбестовые фильтры, которые можно регенерировать, но из-за высокой опасности для дыхательной системы, асбест запрещен в лабораторной практике.
Фильтровальная бумага
Фильтровальная бумага производится различной плотность, делится на виды от черной до фиолетовой ленты (6 сортов, разной плотности, скорости фильтрации, назначения и размера пор). Самая ходовая в лаборатории белая лента (быстрая фильтрация, материал с большими порами и высокой скоростью фильтрации) и синяя лента (для тонкой медленной фильтрации через крохотные поры).
Если жидкость слишком быстро проходит через слой бумаги или для очистки белковых растворов, то делается бумажная масса. Для этого в отельный стакан предварительно рвется много мелких кусочков фильтровальной бумаги, которые заливаются горячей водой и кипятятся, перемешиваются стеклянной палочкой до получения однородной водно-бумажной густой массы. Эта целлюлозная масса выкладывается на пластину воронки Бюхнера, равномерно распределяется по пластине и включается насос. Излишки воды уходят, а в воронке образовывается пористый, толстый бумажный слой фильтра.
Благодаря практически полной инертности фарфора, его термостойкости, прочности, эта воронка незаменима даже для фильтрования горячих растворов, расплавов до 600°С агрессивных реактивов (фторводородная кислота или плавиковая).
Разновидности воронок Бюхнера
Воронки Бюхнера делят по номерам (1-6). Чем больше номер, тем шире воронка (65-215 мм) и размер дырочек (1,25-3 мм). Большая воронка способствует скорости прохождения раствора, ведь так увеличивается площадь фильтрования.
Фильтрование с вакуумом – кратко о проведении
Бумажный диск в сухом виде кладут на дырчатую пластину. Диаметр бумажного фильтра должен быть по диаметру как воронка или на пару миллиметров меньше. Больше нельзя, даже на пару миллиметров! Иначе осадок будет попадать между бумагой и стенками воронки.
Щедро смачивают бумажный диск дистиллированной водой (для ее получения используются дистилляторы), чтобы нигде не было пузырей воздуха или разрывов. Включают насос. После этого можно промыть фильтр нужным растворителем – воронка готова к работе. В некоторых случаях рационально взять несколько фильтровальных слоев сразу. Опытные химики по звуку насоса определяют, как лег фильтр, нет ли пузырей воздуха, и ровно ли бумага лежит. Если фильтр неровно лежит, то звук будет неравномерный и свистящий.
Воронку наполовину наполняют испытуемым раствором, включают насос и под воздействием вакуума жидкость уходит в колбу приемник, а осадок остается. Неспешно, по мере прохождения раствора через фильтр, доливают остальную жидкость. Насос должен работать, пока идут капли из фильтра, плюс минут пять после последней капли, чтобы хорошо высушить осадок.
Фильтровальную бумагу с остатками аккуратно вынимают и действуют по методике. Иногда предварительно взвешенный фильтр вместе с осадком высушивают под вытяжкой, а до постоянного веса доводят в сушильном шкафу или муфельной печи. От полученного веса отнимают вес пустого бумажного диска и получают чистый вес осадка. Иногда порошок или кристаллы дополнительно промывают, перекристаллизовывают, другое – в зависимости, что нужно получить в конце.
Насос допускается останавливать (экономить воду или электричество), но тогда между насосом и сосудом-приемником ставится промежуточный сосуд (предохранительная склянка), а между ними должна быть какая-то фиксация, чтобы сохранить вакуум в системе, иначе весь фильтрат выскочит из колбы Бунзена в насос. Если система достаточно герметична, можно нагнать в нее разреженный воздух, выключить насос и оставить процесс для самостоятельной фильтрации. Так можно избавиться от непрерывного гудения вакуумного насоса, такой метод подходит для фильтрования медленнотекущих растворов.
Процесс разрешено проводить до тех пор, пока фильтрат не дойдет до отростка, иначе жидкость перельется в насос или склянку. Достаточно периодически освобождать колбу приемник от отходов.
Для очистки растворов с тяжелыми остатками просто бумажный фильтр не подходит (рвется, пропускает частицы). Тогда используют фарфоровые и металлические конусы, которые вставляются внутрь воронки для вакуумного фильтрования. Бумажный фильтр кладут уже в сам конус. Дальше процесс идет как обычно.
Классификация
Так как полного отсутствия вещества в заданном объёме добиться практических невозможно – на практике обычно используют понятие «технический вакуум» которым обозначают любую концентрацию вещества меньшую одной атмосферы (давление 101325 Па при концентрации частиц в 2,5*1019 на 1 см3). По соотношению размеров вакуумной камеры и длине свободного пробега молекул газа (средняя дистанция, которые молекулы пролетают между соударениями с друг другом) вакуум делят на низкий (пробег значительно меньше размеров камеры), средний (длина пробега сопоставима с размерами камеры) и высокий (камера значительно больше среднего пробега). В соответствии с этим высокого вакуума можно добиться как откачиванием из камеры воздуха, так и простым уменьшением размеров самой камеры (однако второй вариант на практике обычно применяется только для изучения физических свойств самого вещества в состоянии вакуума).
Встреча в природе
Как меняется атмосферное давление с высотой
Атмосферное давление быстро падает с высотой: так половина от всей атмосферы находится ниже высоты в 5 км, на высоте в 8 км давление воздуха составляет уже только 1/3 от давления на уровне моря (это является пределом для адаптации человека), а уже на высоте орбиты МКС (около 400 км) оно составляет всего 10-8 Па или около 1 млн частиц на 1 см3 – это очень малая величина, но она не нулевая и требует периодического подъёма орбиты станции (МКС даже разворачивает свои солнечные батареи, пролетая в тени Земли ради снижения этого пагубного эффекта):
Изменения орбиты МКС за последний год: длинные вертикальные линии — подъёмы орбиты
При удалении от Земли давление продолжает снижаться и на поверхности Луны достигает уже всего 10-10 Па днём (концентрация 105 частиц на см3) и 10-11 Па ночью (104 частиц на 1 см3). Примерно такую же концентрацию имеет межпланетная среда, однако давление в ней может значительно увеличиваться при корональных выбросах массы Солнца. В межзвёздной же среде давление оказывается ещё ниже, достигая давления в 10-15 Па при концентрации вещества всего 0,1 частицы на см3 (для сравнения: максимально достигнутое разрежение в лабораторных условиях на данный момент составляет 10-12 Па и 100 частиц на см3 соответственно). За пределами Млечного пути концентрация вещества в межгалактическом пространстве может достигать всего тысячу атомов на 1 м3 (давление около 10-17 Па).
Примечания
- Chambers, Austin.
Modern Vacuum Physics. — Boca Raton : CRC Press, 2004. — ISBN 0-8493-2438-6. - Tadokoro, M. (1968). «A Study of the Local Group by Use of the Virial Theorem». Publications of the Astronomical Society of Japan20
. Bibcode: 1968PASJ…20..230T. - Родин А. М., Дружинин А. В.
Вакуум // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Ааронова — Бома эффект — Длинные линии. — С. 235—236. — 707 с. — 100 000 экз. - 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. - 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. - Физическая энциклопедия, т.5. Стробоскопические приборы — Яркость/ Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред.кол.: А. М. Балдин,А. М. Бонч-Бруевич и др. — М.:Большая Российская Энциклопедия,1994, 1998.-760 с.:ил. ISBN 5-85270-101-7 , стр.644
- Галилей Г.
Избранные труды в двух томах. / Составитель У. И. Франкфурт. — Том 2. — М.: Наука, 1964. - Schotti H.G. Technica Curiosa. 1664.
- Horror Vacui? — Raffaello Magiotti (1597—1656) — IMSS.
- Cornelis De Waard. L’experience barometrique. Ses antecedents et ses explications. Thouars, 1936. P. 181.
- How to Make an Experimental Geissler Tube
, Popular Science monthly, February 1919, Unnumbered page, Scanned by Google Books: https://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PT3 - В. П. Борисов (Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН.)
. Изобретение, давшее дорогу открытиям: В 2002 г. исполнилось 400 лет со дня рождения изобретателя вакуумного насоса Отто фон Герике // Вестник Российской академии наук. — 2003. — Т. 73, № 8. — С. 744—748. - В. П. Борисов, Изобретение вакуумного насоса и крушение догмы «Боязни Пустоты» // Вопросы истории естествознания и техники, № 4, 2002
- Landis, Geoffrey
Human Exposure to Vacuum. www.geoffreylandis.com (7 August 2007). Проверено 25 марта 2006. - 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. - Webb P. (1968). «The Space Activity Suit: An Elastic Leotard for Extravehicular Activity». Aerospace Medicine39
(4): 376–383. PMID 4872696. - Cooke JP, RW Bancroft (1966). «Some Cardiovascular Responses in Anesthetized Dogs During Repeated Decompressions to a Near-Vacuum». Aerospace Medicine37
(11): 1148–1152. PMID 5972265. - Harding, Richard M.
Survival in Space: Medical Problems of Manned Spaceflight. — Routledge, 1989. — ISBN 0-415-00253-2.. - American Vacuum Society.
Glossary.
AVS Reference Guide
. Проверено 15 марта 2006. Архивировано 15 июня 2013 года. - National Physical Laboratory, UK.
What do ‘high vacuum’ and ‘low vacuum’ mean? (FAQ – Pressure). Проверено 22 апреля 2012. Архивировано 15 июня 2013 года.
Вакуум для промышленности (вакуумные насосы, воздуходувки, компрессоры)
Теперь поговорим подробнее и о производстве. В химической промышленности вакуум сделал возможным изготовление очень ценных и полезных материалов, как синтетические волокна, растворители, полимеры и пр.
С развитием печатных цехов туда пришли и вакуумные компрессоры. Использование перепадов давления позволяет быстро и безопасно перемещать бумагу вдоль всей производственной линии.
В фармацевтике в вакуумных средах научились быстро и качественно производить антибиотики, синтезировать гормоны и витамины. Вакуумная техника и оборудование в пищевой промышленности сделало возможным кристаллизацию сахара.
Легкая промышленность изготовляет колоссальное количество пластмасс с различными характеристиками для всех сфер жизни. Металлическая фольга, ткани, мебель и ювелирные украшения – все это сейчас не обходится без вакуума. Самое прочное и качественное металлическое напыление также происходит в камерах с измененным давлением. Вся лишняя пыль и мусор с рабочих поверхностей убирается с помощью воздуходувок.
Для вышеописанных лабораторий с помощью вакуумных напылителей оптическая промышленность воздают специальные фильтры и зеркала, которые повсеместно используются в точном оборудовании.