32771

Понятие о разрежённых газах. Вакуум и методы его получения

Доклад

Физика

Вакуум и методы его получения. Такое состояние газа называется вакуумом. Разреженный газ Вакуум среда содержащая газ при давлениях значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером процесса d.

Русский

2013-09-05

41 KB

51 чел.

47. Понятие о разрежённых газах. Вакуум и методы его получения.

Газ называется разреженным, если его плотность столь мала, что средняя длина свободного пробега молекул < λ > может быть сравнима с линейными размерами l сосуда, в котором находится газ. Такое состояние газа называется вакуумом.

Разреженный газ

Вакуум — среда, содержащая газ при давлениях значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером процесса d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т.д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий (λ/d<<1), средний (λ/d~1) и высокий (λ/d>>1) вакуум.

Следует различать понятия физического вакуума и технического вакуума.

Технический вакуум

На практике сильно разреженный газ называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно. Мерой степени разрежения вакуума служит длина свободного пробега молекул газа < λ > , связанной с их взаимными столкновениями в газе, и характерного линейного размера l сосуда, в котором находится газ. Строго говоря, техническим вакуумом называют газ в сосуде или трубопроводе с давлением ниже, чем в окружающей атмосфере. Согласно другому определению, когда молекулы или атомы газа перестают сталкиваться друг с другом, и газодинамические свойства сменяются вязкостными (при давлении около 1 Торр) говорят о достижении низкого вакуума(λ < < l)(5000-10000 молекул на 1см3). Обычно низковакуумный насос стоит между атмосферным воздухом и высоковакуумным насосом, создавая предварительное разрежение, поэтому низкий вакуум часто называют форвакуум. При дальнейшем понижении давления в камере, увеличивается средняя длина свободного пробега λ молекул газа. При λ > > l молекулы газа уже не сталкиваются друг с другом, а свободно перемещаются от стенки до стенки, в этом случае говорят о высоком вакууме(10-5 Торр)(1000 молекул на 1 см3). Сверхвысокий вакуум соответствует давлению 10-9 Торр и ниже. К сожалению в земных условиях пока не получен. Для сравнения, давление в космосе на несколько порядков ниже, в дальнем же космосе и вовсе может достигать 10-30 Торр и ниже(1 молекула на 1 см3).Встречается полное отсутствие молекул.

Высокий вакуум в микроскопических порах некоторых кристаллов достигается при атмосферном давлении, что связано именно с длиной свободного пробега газа.

Аппараты, используемые для достижения и поддержания вакуума, называются вакуумными насосами. Для поглощения газов и создания необходимой степени вакуума используются геттеры. Более широкий термин вакуумная техника включает также приборы для измерения и контроля вакуума, манипулирования предметами и проведения технологических операций в вакуумной камере, и т. д.

Стоит отметить, что даже в идеальном вакууме при конечной температуре всегда имеется некоторое тепловое излучение (газ фотонов). Таким образом, тело, помещённое в идеальный вакуум, рано или поздно придёт в тепловое равновесие со стенками вакуумной камеры за счёт обмена тепловыми фотонами.

Физический вакуум

Под физическим вакуумом в современной физике понимают полностью лишённое вещества пространство. Даже если бы удалось получить это состояние на практике, оно не было бы абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами, но не только, а также в теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии, и т. д.

Некоторые из этих предсказаний теории поля уже были успешно подтверждены экспериментом. Так, эффект Казимира и лэмбовский сдвиг атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями электромагнитного поля в физическом вакууме. На некоторых других представлениях о вакууме базируются современные физические теории. Например, существование нескольких вакуумных состояний (так называемых ложных вакуумов) является одним из главных основ инфляционной теории Большого взрыва.

Но, пожалуй, самым наглядным из явлений, которые нельзя объяснить, не используя идею о нулевых колебаниях вакуума, это спонтанное излучение. Самые обыкновенные излучающие спонтанно лампы накаливания не светились бы, если бы вакуум был абсолютной пустотой. Дело в том, что любой объект (а, значит, и возбужденный атом), помещенный в абсолютно пустое пространство, представляет собой замкнутую систему. А поскольку такая система стабильна во времени, то никакого излучения не происходило бы. Уже из этого простого рассуждения понятно, что объяснение спонтанного излучения требует привлечения более сложной модели вакуума, чем классическая абсолютная пустота.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81678. Особенности развития литературной критики в эпоху классицизма. Принципы критики, изложенные М.В. Ломоносовым в статье «Об обязанностях журналиста» 33.33 KB
  Для критика постыдны небрежность невежество поспешность стремление красть у коголибо из собратьев высказанные последним мысли и суждения и присваивать их себе. Обязанность журналов состоит в том чтобы давать ясные и верные краткие изложения содержания появляющихся сочинений иногда с добавлением справедливого суждения либо по существу дела либо о некоторых подробностях выполнения. Высказывать при этом неточные и безвкусные суждения значит сделать себя предметом презрения и насмешки; это значит уподобиться карлику который хотел бы...
81679. Критика просветительского реализма. Критическая деятельность А.Н.Радищева, Н.И.Новикова,И.А.Крылова,В.И.Лукина и др.Н.И.Новиков как создатель 1й рус.литерат.энциклопедии «Опыт исторического словаря о российских писателях» 34.82 KB
  Оживление журнальной и книгоиздательской деятельности во многом изменили характер и проблематику литературно-критических споров: от обсуждения вопросов версификации выдержанности жанрового канона стилевых и грамматических норм критики обращаются к постановке более широкого круга проблем: подражательности и самобытности литературы природы писательского таланта роли отдельных жанров в современном литературном процессе назначения сатиры исторического пути развития отечественной словесности и др. Развитию литературной критики способствовал...
81680. Сентименталистская критика. Типологический анализ литературно-критических статей Н.М.Карамзина («Что нужно автору?», «Отчего в России мало авторских талантов?», предисловие к переводу «Юлия Цезаря» Шекспира, «Пантеон российских авторов» и др.) 37.9 KB
  Пересматривая представление о подчиненности индивидуальной сферы жизни государственному бытию свойственное эпохе классицизма сентименталисты отстаивали приоритет жизни частной подчеркивали внесословную ценность личности нельзя не вспомнить карамзинское: И крестьянки любить умеют. В произведениях русских писателейсентименталистов Н М Карамзина П. Крупнейшим представителем русской критики эпохи сентиментализма был основатель этого литературного направления в России Николаи Михайлович Карамзин 1766 1826. Многогранная деятельность...
81681. Развитие журналистики как стимул развития русской критики 18в.(проблема взаимосвязи критики и журналистики; проблема читательской аудитории периодического издания). «Московский журнал» Н.М.Карамзина 32.38 KB
  проблема взаимосвязи критики и журналистики; проблема читательской аудитории периодического издания. Московский журнал Н. Журналистика как особая сфера общественной деятельности возникала у каждого народа на достаточно высокой ступени социального развития.
81682. Біологічне, психічне і соціальне в людині 25.58 KB
  Тобто людина є біологічним творінням. Однак як і будьякий біологічний вид людина характеризується певною сукупністю видових ознак. Кожна людина унікальна неповторна своєрідна в практичній діяльності.
81683. Взаємодія свободи і необхідності в житті людини 27.07 KB
  Природа та класифікація цінностей За традиційною класифікацією цінності поділяють на матеріальні цінності які існують у формі речей одяг продукти харчування техніка храм картина і духовні моральні релігійні художні політичні та ін. Їх також не можна однозначно кваліфікувати як матеріальні чи духовні цінності. При цьому матеріальними цінностями їх іноді називають благами вважають економічні технічні і вітальні стан здоров\'я екології цінності які задовольняють тілесне буття людини а духовними релігійні святість...
81684. Функціональний аспект цінностей 24.82 KB
  Загалом цінності виконують такі функції. Зясовуючи що є добро прекрасне істина справедливість тощо цінності конституюють сенс людського життя утворюють його духовну основу. У житті людини і суспільства цінності визначають напрями зразки діяльності.
81685. Оцінка та істина 24.83 KB
  Оцінка як підведення під норму правило закон. За такої ситуації оцінка виявляє себе як акт пізнання щодо відповідності вчинку чи творіння людини нормі. Як і в першому випадку підведення під норму є конституюванням визнанням цінності; 3 оцінка як вибір з поміж двох і більше цінностей.