gaasimolekulid λ ja söötme iseloomulik suurus d. Under d võib võtta vaakumkambri seinte vahelise kauguse, vaakumtorustiku läbimõõdu jne Olenevalt suhte väärtusest λ/ d eristada madalat (), keskmist () ja kõrget () vaakumit.

On vaja eristada mõisteid füüsiline vaakum ja tehniline vaakum.

Praktikas nimetatakse väga haruldast gaasi tehniline vaakum. Makroskoopilistes ruumides on ideaalne vaakum praktikas saavutamatu, kuna piiratud temperatuuril on kõikide materjalide küllastunud auru tihedus nullist erinev. Lisaks lasevad paljud materjalid (sh paksud metall, klaas ja muud anuma seinad) gaase läbi. Mikroskoopilistes mahtudes on aga ideaalse vaakumi saavutamine põhimõtteliselt võimalik.

Vaakumi vähenemise astme mõõt on gaasimolekulide keskmine vaba teekond, mis on seotud nende molekulidega. vastastikune kokkupõrked gaasis ja anuma iseloomulik lineaarne suurus, milles gaas asub.

Rangelt võttes on tehniline vaakum anumas või torustikus olev gaas, mille rõhk on madalam kui ümbritsevas atmosfääris. Teise definitsiooni järgi, kui gaasi molekulid või aatomid lakkavad üksteisega kokku põrkumast ja gaasidünaamilised omadused asenduvad viskoossete omadustega (rõhul umbes 1 torr) rääkida jõudmisest madal vaakum() (10 16 molekuli 1 cm³ kohta). Tavaliselt vahel atmosfääriõhk ja kõrgvaakumpump on nn esipump, mis loob esialgse vaakumi, nii et madalat vaakumit nimetatakse sageli eesvaakum. Rõhu edasise langusega kambris suureneb gaasimolekulide keskmine vaba tee λ. Kell , põrkuvad gaasimolekulid seintega palju sagedamini kui üksteisega. Sel juhul räägitakse kõrge vaakum(10–5 torri) (10 11 molekuli 1 cm³ kohta). Ülikõrge vaakum vastab rõhule 10–9 Torr ja alla selle. Näiteks ülikõrgvaakumis tehakse katseid tavaliselt skaneeriva tunnelmikroskoobi abil. Võrdluseks, rõhk ruumis on mitu suurusjärku madalam, samas kui süvakosmoses võib see ulatuda isegi 10–16 Torrini ja alla selle (1 molekul 1 cm³ kohta).

Mõnede kristallide mikroskoopilistes poorides saavutatakse kõrge vaakum juba atmosfäärirõhul, kuna pooride läbimõõt on palju väiksem kui molekuli keskmine vaba tee.

Vaakumi saavutamiseks ja säilitamiseks kasutatavaid seadmeid nimetatakse vaakumpumpadeks. Gettereid kasutatakse gaaside neelamiseks ja vajaliku vaakumitaseme tekitamiseks. Laiem mõiste vaakumtehnoloogia hõlmab ka seadmeid vaakumi mõõtmiseks ja juhtimiseks, esemetega manipuleerimiseks ja tehnoloogiliste toimingute tegemiseks vaakumkambris jne. Kõrgvaakumpumbad on keerulised tehnilised seadmed. Kõrgvaakumpumpade peamised tüübid on difusioonpumbad, mis põhinevad jääkgaasimolekulide kaasamisel töötava gaasivoolu poolt, getter, ionisatsioonipumbad, mis põhinevad gaasimolekulide sisestamisel getteritesse (näiteks titaan) ja krüosorptsioonipumbad (peamiselt esivaakumi tekitamine).

Väärib märkimist, et isegi ideaalses vaakumis piiratud temperatuuril on alati mingi soojuskiirgus (footonite gaas). Seega jõuab ideaalsesse vaakumisse paigutatud keha termiliste footonite vahetuse tõttu varem või hiljem soojusliku tasakaalu vaakumkambri seintega.

Vaakum on hea soojusisolaator; soojusenergia ülekanne selles toimub ainult soojuskiirguse tõttu, konvektsioon ja soojusjuhtivus on välistatud. Seda omadust kasutatakse soojusisolatsiooniks termostes (Dewari anumad), mis koosnevad topeltseintega mahutist, mille vaheline ruum evakueeritakse.

Vaakumit kasutatakse laialdaselt vaakumseadmetes - raadiotorudes (näiteks magnetronides mikrolaineahjud), elektronkiiretorud jne.

füüsiline vaakum

Füüsikalise vaakumi all mõistetakse kvantfüüsikas kvantfüüsika madalaimat (põhi)energia olekut, millel on nullimpulss, nurkimpulss ja muud kvantarvud. Pealegi ei pruugi selline olek vastata tühjusele: kõige madalamas olekus väljaks võib olla näiteks kvaasiosakeste väli tahkes kehas või isegi aatomi tuumas, kus tihedus on ülikõrge. Füüsiliseks vaakumiks nimetatakse ka täielikult ainevaba ruumi, mis on sellises olekus täidetud väljaga. Selline seisund ei ole absoluutne tühjus. Kvantväljateooria väidab, et vastavalt määramatuse printsiibile sünnivad ja kaovad füüsilises vaakumis pidevalt virtuaalsed osakesed: tekivad väljade nn nullpunktivõnked. Mõnes konkreetses väljateoorias võivad vaakumil olla mittetriviaalsed topoloogilised omadused. Teoreetiliselt võib olla mitu erinevat vaakumit, mis erinevad energiatiheduse või muude füüsikaliste parameetrite poolest (olenevalt kasutatud hüpoteesidest ja teooriatest). Vaakumi degenereerumine spontaanse sümmeetria purunemisel põhjustab pideva vaakumolekute spektri olemasolu, mis erinevad üksteisest Goldstone'i bosonite arvu poolest. Kohalikke energiamiinimume mis tahes välja erinevatel väärtustel, mis erinevad energia poolest globaalsest miinimumist, nimetatakse valevaakumiteks; sellised seisundid on metastabiilsed ja kipuvad lagunema koos energia vabanemisega, minnes tõelisse vaakumisse või mõnda aluseks olevasse valevaakumisse.

Mõned neist väljateooriatest ennustustest on juba katsega edukalt kinnitatud. Seega on Casimir-efekt ja aatomitasandite Lambi nihe seletatav elektromagnetvälja nullvõnkumisega füüsikalises vaakumis. Kaasaegsed füüsikateooriad põhinevad mõnel muul vaakumi ideel. Näiteks mitme vaakumseisundi olemasolu (eelpool mainitud valevaakum) on Suure Paugu inflatsiooniteooria üks peamisi aluseid.

Vaata ka

• Vaakumi läbilaskvus
• vaakum keskmine
• vaakumkondensaat

Rakendused:

Märkmed

Kirjandus

• L. B. Okun Vaakumi ja massi mõistetest ning higgsi otsimisest // Kaasaegne füüsika täht A. - 2012. - Vol. 27. - P. 1230041. - DOI :10.1142/S0217732312300418 - arΧiv :1212.1031

Wikimedia sihtasutus. 2010 .

Vaadake, mis on "vaakum" teistes sõnaraamatutes:

Esimene osa liitsõnad. Tähistab viidet vaakumile, väljapumbatava õhuga ruumile; vaakum. Vaakumseadmed, vaakumkamber, vaakummõõtmine, vaakumülikond, vaakumpump, vaakumprotsess, vaakum paigaldamine, vaakumfilter, vaakum … entsüklopeediline sõnaraamat

- (lat., vacare'ist tühjaks teha). Tühi õhuvaba ruum. Vene keele võõrsõnade sõnastik. Chudinov A.N., 1910. VAKUUM õhuvaba ruum. B. seade on katel, milles seda keedetakse, õhuvaba all ... ...

VAKUUM, äärmiselt madala rõhuga ala. Tähtedevahelises ruumis valitseb kõrgvaakum, mille keskmine tihedus on alla 1 molekuli kuupsentimeetri kohta. Kõige haruldasem inimese loodud vaakum, vähem kui 100 000 molekuli kuupmeetri kohta ... ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik

Vaakum... vaakum... (... Vene keele võõrsõnade sõnastik

Haruldamine, tühjus; tühi ruum, forevakuum, monjus, puudumine, puudumine Vene sünonüümide sõnaraamat. vaakum, vt tühjus Vene keele sünonüümide sõnastik. Praktiline juhend. M.: Vene keel. Z.E. Aleksandrova ... Sünonüümide sõnastik

vaakum- keskkonna olek, mille absoluutrõhk on väiksem kui atmosfäärirõhk [GOST 5197 85] vaakum Vedeliku olek, mida iseloomustab negatiivne ülerõhk. [SO 34.21.308 2005] vaakumrefreerimine Gaasi rõhk alla atmosfäärirõhu. Märge… … Tehnilise tõlkija käsiraamat

- (ladinakeelsest vaakumtühjusest), gaasi olek atmosfäärirõhust p madalamate rõhkude juures. Seal on madal vaakum (näiteks vaakumseadmetes), mis vastab rõhualale p> 1 mm Hg; keskmine: 10 3 mm elavhõbedat ...... Kaasaegne entsüklopeedia

- (lat. vaakumtühjusest) gaasi olek atmosfäärirõhust madalamal rõhul p. Seal on madal vaakum (vaakumseadmetes ja -paigaldistes vastab rõhuvahemikule p üle 100 Pa), keskmine (0,1 Pa p 100 Pa), kõrge (10 5 Pa p ... ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

VAKUUM: VAKUUM ... ja VAKUUM ... Liitsõnade esimene osa tähendusega. vaakumi kohta (1 väärtuses), nt. vaakummõõtur, vaakumseade, vaakumkamber. Sõnastik Ožegov. S.I. Ožegov, N. Yu. Švedova. 1949 1992 ... Ožegovi selgitav sõnastik

Vaakum... ja VAKUUM... Liitsõnade esimene osa vaakumile viitamisega (1 tähenduses), nt. vaakummõõtur, vaakumseade, vaakumkamber. Ožegovi selgitav sõnastik. S.I. Ožegov, N. Yu. Švedova. 1949 1992 ... Ožegovi selgitav sõnastik

Vaakumi mõiste on aja jooksul muutunud. Ümbritseva maailma teaduste arengu alguses tähendas vaakum lihtsalt tühjust, isegi vaakum ise on ladina keelest tõlgitud kui "tühjus". See oli pigem filosoofiline kategooria, kuna teadlastel ei olnud võimalust uurida midagi, mis vastaks vaakumi ideedele. Kaasaegne nimetab vaakumiks kvantvälja olekut, milles selle energia olek on kõige madalamal tasemel. Seda olekut iseloomustab eelkõige reaalsete osakeste puudumine selles. Väga haruldast gaasi nimetatakse tehniliseks vaakumiks. See pole päris ideaalne vaakum, kuid tõsiasi on see, et teatud tingimustes on see kättesaamatu. Lõppude lõpuks läbivad kõik materjalid gaase mikroskoopilistes kogustes, nii et anumasse suletud vaakum häirib. Selle harulduse astet mõõdetakse parameetriga λ (lambda), mis näitab vaba osakese pikkust. See on vahemaa, mille see võib läbida, kuni tabab takistust mõne muu osakese või veresoone seina kujul. Kõrgvaakum on selline, kus gaasimolekulid võivad liikuda ühelt seinalt teisele, ilma et nad peaaegu kunagi üksteisega kokku puutuksid. Madalat vaakumit iseloomustab üsna suur kokkupõrgete arv, kuid isegi kui eeldame, et suudame saavutada ideaalse, ei tohiks me siiski unustada sellist tegurit nagu soojuskiirgus on nn footongaas. Selle nähtuse tõttu muutuks vaakumisse asetatud keha temperatuur mõne aja pärast samasuguseks kui anuma seinad. See juhtub just soojusfootonite liikumise tõttu. Füüsiline vaakum on ruum, milles pole üldse massi. Kuid välja kvantteooria järgi ei saa isegi sellises olekus seda nimetada absoluutseks tühjuseks, kuna füüsilises vaakumis toimub pidevalt ka virtuaalosakeste teke. Neid nimetatakse ka nullvälja võnkumisteks. Olemas erinevaid teooriaid väljad, mille järgi massivaba ruumi omadused võivad veidi erineda. Eeldatakse, et vaakum võib olla üks mitmest tüübist, millest igaühel on oma omadused. Mõned kvantvälja omadused, mida teoreetilised teadlased ennustasid, on juba eksperimentaalselt kinnitatud. Hüpoteeside hulgas on neid, mis võivad füüsika fundamentaalseid teooriaid kinnitada või ümber lükata. Näiteks oletus, et nn valevaakumid (erinevad vaakumseisundid) on võimalikud, on Bolshoi inflatsiooniteooria kinnitamiseks väga oluline.

Rõhkusid, mida mõõdetakse skaalal, mis kasutab võrdluspunktina nulli, nimetatakse absoluutrõhkudeks. Atmosfäärirõhk Maa pinnal on erinev, kuid on ligikaudu 10 5 Pa (1000 mbar). See on absoluutne surve, kuna seda väljendatakse nulli suhtes.

Andur, mis on ette nähtud atmosfäärirõhu suhtes väljendatud rõhu mõõtmiseks ja seega nulli näitamiseks, kui selle mõõteport sisaldab atmosfäärirõhul olevaid molekule. Sellise anduriga tehtud mõõtmisi nimetatakse rõhumõõtmisteks suhtelises režiimis. Seega on absoluutrõhu väärtuse ja manomeetri väärtuse erinevus muutuv atmosfääriväärtus:

Absoluutne = liigne + atmosfääriline.

Vältima tõsiseid vigu, on oluline teada, millist vaakummõõtmisrežiimi kasutatakse: absoluutset või suhtelist. Pange tähele, et kalibreerimisrežiimi mõõtmiste võrdlusjoon ei ole sirge, illustreerides atmosfäärirõhu varieeruvust.

Vaakum- ja surveseadmed

Ajaloolised üksused

Kahjuks on vaakum- ja rõhumõõtmises palju ühikuid, mis tekitab olulisi probleeme nii algajatele kui ka kogenud professionaalidele. Õnneks läheb elu lihtsamaks, sest vananenud ja halvasti määratletud ühikud kaovad SI-ühiku kasuks.

Paljudel vanematel üksustel on ilmne praktiline ja ajalooline päritolu; Näiteks veetoll oli ühik, mida kasutati, kui rõhku mõõdeti veesambaga, mille pealmine pind oli tolli skaalal nähtav. Esialgu vastas selliste süsteemide jaoks nõutav vaakummõõtmise täpsus üsna jämedatele vaakumi mõõtmise meetoditele ja keegi ei seganud, kas vesi on kuum või külm. Kuna tehnoloogiavajadused on kasvanud, on tekkinud vajadus ühtsemate mõõtmiste järele. Matemaatilised mudelid mõõteriistad on oluliselt täiustatud. Näiteks ühes traditsioonilises elavhõbedabaromeetri vaakumi mõõtmise skeemis on see kasutusele võetud kolonnis oleva elavhõbeda, kolonni valmistatud klaasi, messingi, millest skaala on valmistatud, ja teraspaak. Kuid isegi rafineeritud määratluste ja kaasatud matemaatika korral ei saa paljusid traditsioonilisi ühikuid kaasaegses tehnoloogias kasutada.

SI ühik

SI mõõtühik on pascal, lühendatult Pa, mis on antud ühe Newtoni rõhule. ruutmeeter(N/m2). Kui ühte ruutmeetrit on lihtne visualiseerida, siis ühte njuutonit on raskem, kuid see on ligikaudu võrdne väikese õuna käes hoidmisel (kui hoidik seisab maas!) käele mõjuva allapoole suunatud jõuga. Igapäevane elu, üks pascal on väga väike kogus, samas kui atmosfäärirõhk on ligikaudu 100 000 Pa. Veega täidetud panni põhjas on vee sügavusest tingitud rõhk umbes 1000 Pa suurem kui veepinnal. Tülikate numbrite kasutamise vältimiseks määratakse 103 ja 0,001 kordsed eesliited, nii et näiteks 100 000 Pa (105 Pa) saab kirjutada 100 kPa või 0,1 MPa.

Vaakumühikud ja muundamine

Pascali ja mõne muu ühiku vahelised seosed on toodud tabelis, kuid arvestage, et kõike ei saa ega saa täpselt väljendada. Tabelis olevad rooma numbrid viitavad sellele järgnevatele märkmetele.

Vaakummõõtmismeetodid

Üldsätted

Vaakuminstrumentidel kasutatakse mitmeid väga erinevaid põhimõtteid. Mõned neist on põhilised, näiteks teadaoleva tihedusega vedelikusamba kõrguse mõõtmine. Üks selline näide on elavhõbedabaromeeter, mille atmosfäärirõhku saab tasakaalustada elavhõbedasambaga. Selle idee laiendus kasutamiseks kõrged rõhud- teadaolevale alale mõjuvate metallraskuste kasutamine, et anda jõudu, mitte vedeliku kaalu.

Sageli saab vaakumit määrata, mõõtes sensorelemendi mehaanilist pinget, mis läbib elastse deformatsiooni, kui rõhuerinevus selle pindadel muutub. Mehaanilist läbipainet saab rakendada ja tajuda mitmel viisil. Üks levinumaid liikuvate mehaaniliste elementide tüüpe on elastne diafragma. Teine näide on Bourdoni toru, kus siserõhk sunnib kõverat toru sirguma.

Sellist mehaanilist deformatsiooni saab tuvastada mitmel viisil: mehaaniliste õlgade seeria deformatsiooni otseseks kuvamiseks, takistuse mõõtmine koormusanduris, mahtuvuse mõõtmine, resoneeriva elemendi sageduse muutmine venitamisel või kokkusurumisel jne.

Kui vaakum on sügav ja seetõttu on mehaaniline läbipaine vaakumi mõõtmiseks liiga väike, kasutatakse mõõtmiseks kaudseid vahendeid. füüsikalised omadused, nagu soojusjuhtivus, ionisatsioon või viskoossus, mis sõltuvad molekulide arvu tihedusest.

vedeliku kolonn

Üks varasemaid ja tänapäevalgi kõige täpsemaid meetodeid vaakumi mõõtmiseks on see, et vedelikusammas suudab vedeliku torust välja suruda.

Joonisel kujutatud manomeeter on sisuliselt vedelikuga täidetud U-toru, kus vedeliku pindade vertikaalne eraldumine annab rõhkude erinevuse mõõtmise. Nullpunkti tasemel d; rõhk L, mille annab selle kohal olev vedelik, pluss rõhk p 2 toru ülaosas. Tasakaalus hoitakse kolonni ülespoole suunatud rõhu p 1 abil, mis kandub läbi vedeliku teisest jäsemest.

Rõhk p 1 vedeliku alumisel pinnal on määratletud järgmiselt:

Kus h on vedelikusamba vertikaalne kõrgus nullpunkti tasemest kõrgemal, P on vedeliku tihedus, g on gravitatsioonist tingitud kiirenduse kohalik väärtus. Kui ülemine toru on ühendatud atmosfääriga (p2 = atmosfäärirõhk), siis p1 on kalibreerimisrõhk; Kui ülemine toru tühjendada (st p2 = null), siis p1 on absoluutne rõhk ja instrumendist saab baromeeter.

Elavhõbedat, vett ja õli kasutatakse mitmesugustes manomeetri konstruktsioonides, kuigi elavhõbedat kasutatakse alati baromeetrilistel eesmärkidel; Selle tihedus on rohkem kui 13 korda suurem kui vee või õli tihedus ja seetõttu on vaja palju lühemat kolonni. Atmosfäärirõhu mõõtmisel umbes 0,75 m. Ka elavhõbeda tihedus on oluliselt stabiilsem kui teistel vedelikel.

Vaakumi mõõtmine elastse elemendi deformatsiooni teel.

Kui deformeerivale elemendile avaldatakse survet, liigub see. Rõhuanduri loomiseks peab nihe olema piisavalt väike, et jääda materjali elastsuse piiridesse, kuid piisavalt suur, et seda tuvastada piisava eraldusvõimega. Seetõttu kasutatakse madalamal rõhul õhukesi painduvaid komponente, kõrgemal aga jäigemaid. Hälbe määra määramiseks kasutatakse mitmeid meetodeid. Need ulatuvad mehaanilisest võimendusest, mis tekitab kursori nähtava kõrvalekalde, kuni elektrooniliste tuvastamismeetoditeni.

Allpool loetletud tööriistad ei hõlma kõiki tüüpe, vaid neid, mida tavaliselt kasutatakse tööstuses.

diafragmad

Jäigale alusele kinnitatud membraanile avaldatakse jõudu, kui mõlema külje vahel on rõhkude erinevus. Diafragmasid on lihtsam toota ümaraid, kuid võimalikud on ka muud kujundid. Erinevus põhjustab diafragma paindumise maksimaalse läbipaindega keskel ja seda läbipainde saab mõõta erinevate mehaaniliste ja elektroonilised andurid. Keskpunkti kõrvalekaldumisel pingestub ka membraani pind ja ühelt poolt võib sellel esineda survepingeid ümber välisserva ja tõmbepingeid membraani keskosa ümber. Seda pingekonfiguratsiooni saab tuvastada deformatsioonimõõturite abil ja selle teabe põhjal saab arvutada vaakumi.

Kapslid. Põhimõtteliselt on kapslid valmistatud paarist diafragmast, mis on ühendatud nende välisservadega. Ühel on keskne armatuur, mille kaudu rõhk siseneb, ja teise diafragma keskpunkti liikumise esimese suhtes määrab teatud tüüpi andur. On selge, et kahe järjestikku toimiva diafragma toime peaks kahekordistama läbipainde.

Lõõtsad. Lõõtsa ja kapslite vahel pole selget vahet, kuid tavaliselt on lõõtsadel mitu järjestikku laotud sektsiooni ja üldiselt on lainetused läbimõõduga võrreldes väikesed. Lõõtsa saab rullida torust, vormida surve all või moodustada keevitatud elementidest.

Bourdoni toru

Olemas mitmesugused kujundused, kuid tüüpiline vorm on suletud toru ovaalse ristlõikega, pikkuses kaardus. Kui toru on rõhu all, kipub see sirguma ja andur tuvastab selle liikumise. Neid saab konstrueerida töötama nii laias vahemikus kui ka gabariidi-, absoluut- ja diferentsiaalrežiimides. Saadaval on tavalised C-kujulised, spiraalsed ja spiraalsed tüübid. Elektroonilist lõpu liikumistuvastust kasutatakse tavaliselt kvartskerimisseadmetega.

Vaakummõõtmised soojusjuhtivuse mõõtmise teel

Vaakumi mõõtmiseks võite kasutada energia ülekannet kuumalt traadilt läbi gaasi. Soojus edastatakse gaasis molekulaarsete kokkupõrgete teel traadiga, s.o. soojusjuhtivus ja soojusülekande kiirus sõltub gaasi soojusjuhtivusest. Seega sõltub nende instrumentide täpsus suurel määral gaasi koostisest. Kõrgvaakumi piirkonnas, kus on molekulaarne vool (Knudseni arv on suurem kui 3, kus Knudseni arv = keskmine vaba tee / süsteemi iseloomulik suurus), on soojusülekanne võrdeline vaakumiga. Molekulide arvu suurenedes muutub gaas tihedamaks ja molekulid hakkavad sagedamini üksteisega põrkuma. Selles voolu (või libisemisvoolu) niinimetatud üleminekupiirkonnas 0,01<число Кнудсена <3) простая пропорция теплоотдачи к давлению не действительна. При еще более высоких давлениях (число Кнудсена <0,01) теплопроводность практически не зависит от него. Здесь конвекционное охлаждение горячих поверхностей обычно является основным источником теплообмена.

Vaakummõõturid Pirani

Traadi soojuskadu (tavaliselt 5 kuni 20 µm) saab määrata kaudselt, kasutades Wheatstone'i sillaahelat, mis soojendab traati ja mõõdab selle takistust ja seega ka temperatuuri. Soojendusega elemente on kahte peamist tüüpi. Traditsiooniline ja palju levinum konfiguratsioon koosneb õhukesest metalltraadist, mis on riputatud mõõtepeas. Teine konfiguratsioon on mikrotöötlusega struktuur, mis on tavaliselt valmistatud õhukese metallkilega, näiteks plaatinaga, kaetud ränist. Tüüpilises konfiguratsioonis on õhuke metalltraat riputatud vähemalt ühele saatja elektriliselt isoleeritud küljele, mis on kontaktis gaasiga. Traadi jaoks võib kasutada volframi, niklit, iriidiumi või plaatinat. Traat on elektriküttega ja soojusülekannet mõõdetakse elektrooniliselt. Üldist töömeetodit on kolm: konstantse temperatuuri meetod, konstantse pinge sild ja konstantse voolu sild. Kõik need meetodid mõõdavad kaudselt traadi temperatuuri selle takistuse järgi. Pirani andurite kasutamise peamine puudus on nende tugev sõltuvus gaasi koostisest ja nende piiratud täpsus. Pirani andurite reprodutseeritavus on üldiselt üsna hea seni, kuni ei esine tõsist saastumist. Pirani andurite vaakummõõtevahemik on ligikaudu 10-2 Pa kuni 105 Pa, kuid parim jõudlus saavutatakse tavaliselt vahemikus ligikaudu 0,1 Pa kuni 1000 Pa.

Ionisatsiooniandurid vaakumi mõõtmiseks

Kui vaakum süsteemis on alla umbes 0,1 Pa (10–3 mbar), ei saa enam hõlpsasti rakendada vaakumi otseseid mõõtmise meetodeid, näiteks membraani läbipainde või gaasi omaduste (nt soojusjuhtivuse) mõõtmist. Seetõttu tuleb meetodeid kasutada kasutasid. , mis põhimõtteliselt loendavad olemasolevate gaasimolekulide arvu, st mõõdab tihedust, mitte vaakumit. Gaaside kineetilisest teooriast lähtudes on rõhk p antud gaasi korral, mille temperatuur on T teada, võrrandi kaudu otseselt seotud arvu n tihedusega (ideaalgaasi piirväärtuses):

Kus c on konstant. Üks mugavamaid meetodeid arvutiheduse mõõtmiseks on kasutada mõnda tehnikat gaasimolekulide ioniseerimiseks ja seejärel ioonide kogumiseks. Enamik praktilisi vaakummõõtureid kasutab ionisatsiooni läbiviimiseks mõõduka energiaga elektrone (50 eV kuni 150 eV). Saadud ioonvool on otseselt seotud vaakumiga ja seega saab läbi viia kalibreerimise. Viimane väide kehtib ainult lõpliku rõhuvahemiku osas, mis määrab seadme töövahemiku. Rõhu ülempiir saavutatakse siis, kui gaasi tihedus on piisavalt suur, et iooni tekkimisel on sellel märkimisväärne võimalus interakteeruda gaasis olevate neutraalsete gaasimolekulide või vabade elektronidega, nii et ioon ise neutraliseerub ega jõua kollektor, praktilistel eesmärkidel tavalistes laborisüsteemides või tööstusrajatistes, võib seda võtta kui 0,1 Pa (10 -3 mbar).

Manomeetri vaakumi alumine piir saavutatakse siis, kui elektriline lekkevool mõõtepeas või mõõteelektroonikas muutub võrreldavaks mõõdetud ioonvooluga või kui mõni muu füüsikaline mõju (näiteks kõrvaliste röntgenikiirte mõju) põhjustab voolu. sellise ulatusega. Enamiku juhendis kirjeldatud andurite puhul on need piirid alla 10 -6 Pa (10 -8 mbar).

Ionisatsiooni kalibreerimise põhiline kalibreerimisvõrrand on:

Ic - ioonvool K - konstant, mis sisaldab gaasimolekuli mis tahes viisil ioniseerumise tõenäosust ja tekkiva iooni kogumise tõenäosust n - gaasimolekulide arvtihedus Ie - ioniseeriva elektroni vool.

Gaasi molekuli ioniseerumise tõenäosus sõltub paljudest teguritest ja seetõttu on ionisatsioonianduril erinevat tüüpi gaaside jaoks erinevad tundlikkuse väärtused. Enamik praktilisi vaakummõõtureid kasutab gaasimolekulide ioniseerimiseks elektroonilist toimet ja seda saab saavutada lihtsalt kuuma traadi hõõgniidist elektronide "keetmisega" ja nende tõmbamisega mingisugusesse elektroonilisse kollektorisse. Seejärel tõmmatakse ioonid kollektori poole. Kahjuks on tõenäosus, et gaasimolekul ioniseerub elektroni poolt, nii väike ühe läbimisega normaalsuuruses mõõturis, et on vaja suurendada elektronide tee pikkust ja seeläbi suurendada tõenäosust, et ükski elektron loob iooni.

Laialdaselt kasutatakse kahte meetodit. Kuuma katoodi kalibreerimise ionisatsioonisondis tõmmatakse kuumas hõõgniidis tekkivad elektronid väga õhukesest traadist ja positiivse elektripotentsiaaliga võre külge. Kuna võrk on avatud, on väga suur tõenäosus, et elektron läbib võre ja ei taba traati. Kui võrku ümbritseb negatiivse elektripotentsiaaliga ekraan, peegeldub elektron sellel ekraanil ja tõmmatakse võrku tagasi. See protsess võib toimuda mitu korda, enne kui elektron lõpuks võrku siseneb. Selle tulemusena on väikeses mahus võimalik saavutada väga pikki elektronide trajektoore. Seevastu ioonid tõmmatakse otse kollektorisse.

Külma katoodiga ionisatsioonilamp loobub kuumast hõõgniidist ja kasutab elektri- ja magnetvälja kombinatsiooni. Iga elektron tiirleb ümber magnetvälja joonte, enne kui see lõpuks kogutakse positiivselt laetud anoodile. Tegelikult on tee pikkus nii pikk ja ionisatsiooni tõenäosus nii suur, et pärast käivitamist tekib isemajandav gaasilahendus, eeldusel, et ioonid eemaldatakse ioonikollektori poolt tühjenduspiirkonnast kiiresti.

Vaakumi mõõtmise seadme valimine

Enne vaakumseadme valimist ja sobiva tarnija väljaselgitamist on oluline paika panna valikukriteeriumid. Need hõlmavad paljusid tegureid ja selle jaotise eesmärk on aidata potentsiaalsel kasutajal oma valikut teha.

Vaakummõõtmise sügavus

Keskkonna omadused

Väliskeskkond

Seadme füüsikalised omadused

Kasutustüüp

Ohutus

Paigaldus ja hooldus

Signaali muundamine

) on keskkond, mille rõhk on atmosfäärirõhust oluliselt madalam. Vaakumit iseloomustab gaasimolekulide keskmise vaba tee λ ja protsessi iseloomuliku suuruse d suhe. Punkti d alt saab võtta vaakumkambri seinte vahelise kauguse, vaakumtorustiku läbimõõdu jne. Sõltuvalt suhte λ/d väärtusest on madal (λ/d<<1), средний (λ/d~1) и высокий (λ/d>>1) vaakum.

On vaja eristada mõisteid füüsiline vaakum ja tehniline vaakum.

tehniline vaakum

Praktikas nimetatakse väga haruldast gaasi tehniline vaakum. Makroskoopilistes ruumides on ideaalne vaakum praktikas saavutamatu, kuna piiratud temperatuuril on kõikide materjalide küllastunud auru tihedus nullist erinev. Lisaks lasevad paljud materjalid (sh paksud metall, klaas ja muud anuma seinad) gaase läbi. Mikroskoopilistes mahtudes on aga ideaalse vaakumi saavutamine põhimõtteliselt võimalik. Vaakumi harvendamise astme mõõt on gaasimolekulide keskmine vaba tee< λ >nendega seotud vastastikune kokkupõrked gaasis ja iseloomulik lineaarne suurus l gaasi sisaldav anum. Rangelt võttes on tehniline vaakum anumas või torustikus olev gaas, mille rõhk on madalam kui ümbritsevas atmosfääris. Teise definitsiooni kohaselt, kui gaasi molekulid või aatomid lakkavad üksteisega kokku põrkumast ja gaasidünaamilised omadused asenduvad viskoossetega (rõhul umbes 1 Torr), ütlevad nad, et madal vaakum(λ < < l)(5000-10000 molekuli 1 cm3 kohta). Tavaliselt asub madalvaakumpump atmosfääriõhu ja kõrgvaakumpumba vahel, luues eelvaakumi, mistõttu madalat vaakumit nimetatakse sageli ka kui eesvaakum. Rõhu edasise langusega kambris suureneb gaasimolekulide keskmine vaba tee λ. λ > > jaoks l gaasimolekulid ei põrka enam omavahel, vaid liiguvad vabalt seinast seina, antud juhul räägivad nad kõrge vaakum(10 -5 Torr) (1000 molekuli 1 cm3 kohta). Ülikõrge vaakum vastab rõhule 10–9 Torr ja alla selle. Kahjuks pole seda veel maapealsetes tingimustes vastu võetud. Võrdluseks, ruumis on rõhk mitu suurusjärku madalam, samas kui süvakosmoses võib see ulatuda isegi 10 -30 Torrini ja alla selle (1 molekul 1 cm3 kohta) Molekulide täielik puudumine.

Mõnede kristallide mikroskoopilistes poorides saavutatakse kõrge vaakum atmosfäärirõhul, mis on täpselt seotud gaasi keskmise vaba teega.

Vaakumi saavutamiseks ja säilitamiseks kasutatavaid seadmeid nimetatakse vaakumpumpadeks. Gettereid kasutatakse gaaside neelamiseks ja vajaliku vaakumitaseme tekitamiseks. Vaakumtehnoloogia laiem mõiste hõlmab ka seadmeid vaakumi mõõtmiseks ja juhtimiseks, esemetega manipuleerimiseks ja tehnoloogiliste toimingute tegemiseks vaakumkambris jne.

Väärib märkimist, et isegi ideaalses vaakumis piiratud temperatuuril on alati mingi soojuskiirgus (footonite gaas). Seega jõuab ideaalsesse vaakumisse paigutatud keha termiliste footonite vahetuse tõttu varem või hiljem soojusliku tasakaalu vaakumkambri seintega.

füüsiline vaakum

Kuid võib-olla kõige ilmsem nähtus, mida ei saa seletada ilma nullpunkti vaakumvõnkumiste ideeta, on spontaanne kiirgus. Kõige tavalisemad spontaanselt kiirgavad hõõglambid ei helendaks, kui vaakum oleks absoluutne tühjus. Fakt on see, et iga objekt (ja seega ka erutatud aatom), mis asetatakse absoluutselt tühja ruumi, on suletud süsteem. Ja kuna selline süsteem on ajas stabiilne, ei tekiks kiirgust. Juba sellest lihtsast arutlusest on selge, et spontaanse emissiooni selgitamiseks on vaja kasutada keerulisemat vaakummudelit kui klassikaline absoluutne tühjus.

Vaata ka

Märkmed

Lingid

Wikimedia sihtasutus. 2010 .

Vaadake, mis on "Füüsiline vaakum" teistes sõnaraamatutes:

füüsiline vaakum- absoliutusis vakuumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. absoluutne vaakum; täiuslik vaakum; füüsiline vaakum vok. absoluutsed vaakum, n; physikalisches Vakuum, n rus. absoluutne vaakum, m; täiuslik vaakum, m; füüsiline vaakum, m pranc.… … Fizikos terminų žodynas

füüsiline vaakum- Madalaima energiaga kvantväljade süsteemi olek, mis on määratletud teooria renormaliseeritud Hamiltonianiga, sealhulgas füüsikalised (jälgitavad) massid, laengud ja väljad ... Polütehniline terminoloogiline seletav sõnastik

Evangelista Torricelli elavhõbeda vaakumbaromeeter, teadlane, kes lõi esmalt laboris vaakumi. Elavhõbeda pinna kohal suletud toru ülemises osas "Torrichelian tühimik" (vaakum, mis sisaldab elavhõbedaauru küllastusrõhu all ... Wikipedia

Kvantväljateoorias madalaima energeetilise. kvantiseeritud väljade olek, mida iseloomustab c.l puudumine. tõeline h c. Kõik on kvant. numbrid V. f. (impulss, elektrilaeng jne) on võrdsed nulliga. Kuid virtuaalsete protsesside võimalus V. f. ... Füüsiline entsüklopeedia

Füüsiline vaakum, keskkond, milles ei ole aineosakesi ega välja. V. tehnikas nimetatakse keskkonda, mis sisaldab "väga vähe" osakesi; kuidas vähem osakesi asub sellise keskkonna ruumalaühikus, seda kõrgem V. Samas täis V. ≈ keskkond, ... ...

- (lat. vaakumtühjus), gaasi olek atmosfäärirõhust madalamal rõhul. Mõiste "V." kehtib gaasi kohta suletud või evakueeritud anumas, kuid sageli ka näiteks vabas vees olevas gaasis. kosmosesse. V. astme määrab ... ... Füüsiline entsüklopeedia

I Vaakum (lat. Vaakumtühjus) on gaasi olek atmosfäärirõhust palju madalamal rõhul. V. mõistet rakendatakse tavaliselt piiratud mahu täitva gaasi kohta, kuid sageli nimetatakse seda gaasiks vabas ruumis, ... ... Suur Nõukogude entsüklopeedia

VAKUUM- igapäevases mõttes tühjus, pärisosakeste puudumine. Kvantmehaanikas tutvustatakse füüsikalise vaakumi mõistet kui kvantväljade põhiseisundit, millel on minimaalne energia ja impulsi nullväärtused, nurkimpulss, ... ... Teadusfilosoofia: põhimõistete sõnastik

Vaakum (lat. Vacuum void) on keskkond, mis sisaldab atmosfäärirõhust palju madalama rõhuga gaasi. Vaakumit iseloomustab gaasimolekulide keskmise vaba tee λ ja protsessi iseloomuliku suuruse d suhe. Alla d võib võtta ... ... Wikipedia

Ja selle tehnika all mõeldakse keskkonda, kus gaas on atmosfäärirõhust madalamal rõhul. Mis on haruldased gaasid, kui need esmakordselt avastati?

Ajaloo lehed

Tühjuse idee on olnud vaidluste teemaks juba mitu sajandit. Haruldased gaasid püüdsid analüüsida Vana-Kreeka ja Rooma filosoofe. Demokritos, Lucretius, nende õpilased uskusid: kui aatomite vahel poleks vaba ruumi, oleks nende liikumine võimatu.

Aristoteles ja tema järgijad lükkasid selle kontseptsiooni ümber, nende arvates ei tohiks looduses olla "tühjust". Keskajal Euroopas sai "tühjuse hirmu" idee prioriteediks, seda kasutati usulistel eesmärkidel.

mehaanika Vana-Kreeka baasil tehniliste seadmete loomisel Näiteks Aristotelese ajal tekkisid veepumbad, mis toimisid kolvi kohale vaakumi tekitamisel.

Gaasi, õhu, haruldane seisund sai aluseks praegu tehnoloogias laialdaselt kasutatavate kolb-vaakumpumpade valmistamisel.

Nende prototüübiks oli Aleksandria Heroni kuulus kolbsüstal, mille ta lõi mäda välja tõmbamiseks.

Seitsmeteistkümnenda sajandi keskel esimene vaakumkamber, ja kuus aastat hiljem õnnestus saksa teadlasel Otto von Guerickil leiutada esimene vaakumpump.

See kolbsilinder eemaldas õhukindlalt suletud anumast õhu, tekitades seal vaakumi. See võimaldas uurida uue riigi põhiomadusi, analüüsida selle tööomadusi.

tehniline vaakum

Praktikas nimetatakse gaasi, õhu haruldast olekut tehniliseks vaakumiks. Suurtes kogustes on sellist ideaalset olekut võimatu saavutada, kuna koos teatud temperatuur materjalide küllastunud auru tihedus on nullist erinev.

Ideaalse vaakumi saamise võimatuse põhjuseks on ka gaasiliste ainete ülekandumine klaasi, anumate metallist seinte kaudu.

Väikestes kogustes on täiesti võimalik saada haruldasi gaase. Haruldamise mõõduna kasutatakse juhuslikult põrkuvate gaasimolekulide vaba teekonda, samuti kasutatava anuma lineaarset suurust.

Kõrgvaakumpumba ja atmosfääriõhu vahele asetatakse vaakumladestus, mis loob esialgse vaakumi. Rõhukambri järgneval langusel täheldatakse gaasilise aine osakeste tee pikkuse pikenemist.

Rõhu väärtustel 10-9 Pa tekib ülikõrge vaakum. Just neid haruldasi gaase kasutatakse skaneeriva tunnelmikroskoobi abil katsete läbiviimiseks.

Mõne kristalli poorides on sellist olekut võimalik saavutada isegi atmosfäärirõhul, kuna pooride läbimõõt on palju väiksem kui vaba osakese keskmine vaba tee.

Vaakumipõhised instrumendid

Gaasi haruldast olekut kasutatakse aktiivselt seadmetes, mida nimetatakse vaakumpumbad. Gettereid kasutatakse gaaside imemiseks ja teatud vaakumitaseme saavutamiseks. Vaakumtehnoloogia hõlmab ka arvukalt seadmeid, mis on vajalikud selle oleku juhtimiseks ja mõõtmiseks, samuti objektide juhtimiseks, erinevate tehnoloogilised protsessid. Kõige keerulisemad tehnilised seadmed, mis kasutavad haruldasi gaase, on kõrgvaakumpumbad. Näiteks difusiooniseadmed töötavad gaasijääkmolekulide liikumise alusel töötava gaasivoolu toimel. Isegi ideaalse vaakumi korral on lõpptemperatuuri saavutamisel vähe soojuskiirgust. See seletab haruldaste gaaside peamisi omadusi, näiteks termilise tasakaalu tekkimist pärast teatud ajavahemikku keha ja vaakumkambri seinte vahel.

Haruldane üheaatomiline gaas on suurepärane soojusisolaator. Selles toimub soojusenergia ülekanne ainult kiirguse abil, soojusjuhtivust ja konvektsiooni ei täheldata. Seda omadust kasutatakse (termoosides), mis koosneb kahest mahutist, mille vahel on vaakum.

Vaakum on leidnud laialdast rakendust raadiotorudes, näiteks kineskoopide magnetronides, mikrolaineahjudes.

füüsiline vaakum

Kvantfüüsikas mõistetakse sellise oleku all kvantvälja maapealset (madalaima) energia olekut, mida iseloomustavad nullväärtused

Selles olekus ei ole monoatomiline gaas täiesti tühi. Kvantteooria järgi tekivad ja kaovad virtuaalsed osakesed süstemaatiliselt füüsilises vaakumis, mis põhjustab väljade nullvõnkumisi.

Teoreetiliselt võib korraga eksisteerida mitu erinevat vaakumit, mis erinevad nii energiatiheduse kui ka muude füüsikaliste omaduste poolest. Sellest ideest sai inflatsioonilise Suure Paugu teooria alus.

vale vaakum

Selle all mõeldakse välja olekut kvantteoorias, mis ei ole minimaalse energiaga olek. See on teatud aja jooksul stabiilne. Kui põhiliste füüsikaliste suuruste nõutavad väärtused on saavutatud, on võimalik vale olek "tunnelida" tõeliseks vaakumiks.

Kosmos

Vaidledes selle üle, mida tähendab haruldane gaas, tuleb peatuda mõistel "kosmiline vaakum". Seda võib pidada füüsilise vaakumi lähedaseks, kuid eksisteerivaks tähtedevahelises ruumis. Planeetidel, nende looduslikel satelliitidel ja paljudel tähtedel on teatud külgetõmbejõud, mis hoiavad atmosfääri teatud kaugusel. Kui liigute täheobjekti pinnast eemale, muutub haruldaste gaaside tihedus.

Näiteks on Karmani liin, mida peetakse ühine määratlus kosmoseplaneetide piiridega. Selle taga väheneb isotroopse gaasi rõhu väärtus järsult võrreldes päikesekiirgus ja päikesetuule dünaamiline rõhk, mistõttu on haruldase gaasi rõhku raske tõlgendada.

AT avakosmos palju footoneid, reliikvia neutriinosid, mida on raske tuvastada.

Mõõtmisfunktsioonid

Vaakumi astme määrab tavaliselt süsteemi jäänud aine hulk. Selle oleku mõõtmise peamine omadus on absoluutne rõhk, lisaks võtab see arvesse keemiline koostis gaas, selle temperatuur.

Vaakumi oluline parameeter on süsteemi jäävate gaaside keskmine teepikkus. Vastavalt mõõtmiseks vajalikule tehnoloogiale on vaakum jaotatud teatud vahemikeks: vale, tehniline, füüsiline.

vaakumi moodustamine

See on toodete tootmine kaasaegsetest termoplastilistest materjalidest kuumal kujul, kasutades madalat õhurõhku või vaakumit.

Vaakumvormimist peetakse joonistusmeetodiks, mille tulemusena maatriksi kohal asuv plastleht kuumutatakse teatud temperatuurini. Järgmisena kordab leht maatriksi kuju, see on tingitud vaakumi loomisest selle ja plasti vahel.

Elektrovaakumseadmed

Need on seadmed, mis on loodud elektromagnetilise energia loomiseks, võimendamiseks ja ka muundamiseks. Sellises seadmes eemaldatakse õhk tööruumist ja selle eest kaitsmiseks keskkond kasutatakse läbilaskmatut katet. Sellised seadmed on näiteks elektroonilised vaakumseadmed, kus elektronid mahuvad vaakumisse. Vaakumseadmeteks võib pidada ka hõõglampe.

Gaasid madalal rõhul

Gaas on haruldane, kui selle tihedus on tühine ja molekulaarne tee on võrreldav anuma mõõtmetega, milles gaas asub. Sellises olekus täheldatakse elektronide arvu vähenemist võrdeliselt gaasi tihedusega.

Väga haruldase gaasi puhul sisemist hõõrdumist praktiliselt ei esine. Selle asemel ilmneb liikuva gaasi väline hõõrdumine vastu seinu, mis on seletatav molekulide impulsi muutumisega anumaga kokkupõrkel. Sellises olukorras on osakeste kiiruse ja gaasi tiheduse vahel otsene seos.

Madala vaakumi korral täheldatakse täismahus gaasiosakeste sagedasi kokkupõrkeid, millega kaasneb stabiilne soojusenergia vahetus. See seletab ülekandenähtust (difusioon, soojusjuhtivus), mida tänapäevases tehnoloogias aktiivselt kasutatakse.

Haruldaste gaaside saamine

Vaakumseadmete teaduslik uurimine ja arendamine algas XVII sajandi keskel. 1643. aastal õnnestus itaallasel Torricellil määrata atmosfäärirõhu väärtus ja pärast O. Guericke'i leiutamist mehaaniline kolbpump spetsiaalse vesitihendiga oli reaalne võimalus läbi viia arvukalt väljastatud gaasi omaduste uuringuid. Samal ajal uuriti vaakumi mõju võimalusi elusolenditele. Vaakumtingimustes läbiviidud katsed elektrilahendus, aitas kaasa negatiivse elektroni, röntgenikiirguse avastamisele.

Tänu vaakumi soojusisolatsioonivõimele sai võimalikuks selgitada soojusülekande meetodeid, kasutada teoreetilist teavet kaasaegse krüogeense tehnoloogia arendamiseks.

Vaakumrakendus

1873. aastal leiutati esimene elektrovaakumseade. Nendest sai hõõglamp, mille lõi vene füüsik Lodygin. Sellest ajast alates on vaakumtehnoloogia praktiline kasutamine laienenud, selle seisundi saamiseks ja uurimiseks on ilmunud uued meetodid.

Lühikese aja jooksul lõid nad erinevat tüüpi vaakumpumbad:

• pöörlev;
• krüosorptsioon;
• molekulaarne;
• difusioon.

Kahekümnenda sajandi alguses suutis akadeemik Lebedev parandada vaakumtööstuse teaduslikke aluseid. Kuni eelmise sajandi keskpaigani ei lubanud teadlased võimalust saada rõhku alla 10-6 Pa.

Praegu luuakse need täielikult metallist, et vältida lekkeid. Vaakumkrüogeenseid pumpasid kasutatakse mitte ainult uurimislaborites, vaid ka erinevates tööstusharudes.

Näiteks pärast spetsiaalsete evakuatsioonivahendite väljatöötamist, mis ei saasta kasutatavat objekti, on tekkinud uued väljavaated vaakumtehnoloogia kasutamiseks. Keemias kasutatakse selliseid süsteeme aktiivselt segu komponentideks lahutamise omaduste kvalitatiivseks ja kvantitatiivseks analüüsiks, erinevate protsesside kiiruse analüüsiks.