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

53 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

15487. УКРАЇНА У ДРУГІЙ СВІТОВІЙ ВІЙНІ 83 KB
  Лекція 13. УКРАЇНА У ДРУГІЙ СВІТОВІЙ ВІЙНІ План 1.Українська Карпатська держава. ІІ Світова Війна на Україні перший етап. Українці під Радянською окупацією. Українці під німецькою окупацією. Українці під Угорською окупацією. Розкол в ОУН. ...
15488. Агрессия детей дошкольного возраста 152 KB
  Агрессивное поведение детей является весьма серьёзной социальной, педагогической и психологической проблемой, так как дошкольном возрасте создаётся фундамент нравственного поведения, усваиваются моральные нормы и правила поведения, начинает ся формирование общественной направленности личности.
15489. Стан розвитку господарства ТОВ Світанок. Путь рішення для зростання прибутку господарства 709.5 KB
  У сучасному землеробстві з поглибленням процесів спеціалізації та концентрації виробництва роль сівозмін зростає. Ні добрива та зрошення, ні пестициди, що застосовуються при вирощуванні сільськогосподарських культур, не дають можливості повністю уникнути бурянів, шкідників та хвороб. Крім того, на дуже удобрених, зрошуваних ділянках створюються сприятливіші умови для розвитку бурянів і хвороб.
15490. Методики прогнозирования вероятности банкротства предприятия 6.61 MB
  Исследования зарубежных ученых в области предсказания банкротства показывают, что из множества финансовых показателей можно выбрать лишь несколько полезных и более точно предсказывающих банкротство. Вслед за многими российскими авторами можно отметить,
15491. МЕТРОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ КАНАЛІВ 90.5 KB
  МЕТРОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ КАНАЛІВ ІВК є орієнтовані на конкретний обєкт тому при вирішенні завдань метрологічного аналізу необхідно розглядати і ІВК і обєкт в сукупності тому що ІВК сприймає і вимірює фізичні параметри полів повязаних з
15492. КЛАСИФІКАЦІЯ МОНТАЖНОЇ ПРОДУКЦІЇ 44.5 KB
  Лекція №7 КЛАСИФІКАЦІЯ МОНТАЖНОЇ ПРОДУКЦІЇ Для зєднань приладів і засобів використовують наступні типи проводів: 1. Монтажні 2. Обмотувальні Установочні 4. Компенсаційні Кабельна продукція поділяється на основні групи:силові і командні. Установочні провода в...
15493. Привід вантажопідйомних машин 77.5 KB
  ТЕМА: Привід вантажопідйомних машин Залежно від типу призначення і характеру роботи вантажопідйомної машини можуть бути використаний різний привід її механізмів. Привід вантажопідйомних машин класифікується за наступними ознаками: за виглядом вживаної руші...
15494. Дзень, дзень! Молот по зелізі!.. (про ковалів і ковальство в Підгайцях та дещо зі спогадів) 145 KB
  Дзень дзень Молот по зелізі.. про ковалів і ковальство в Підгайцях та дещо зі спогадів Про ковальство і ковалів вочевидь треба писати як кажуть старі галичани на ширшу скалю тобто не тільки писати але й досліджувати значно більше і глибше. Так наприклад велики
15495. ШЛЯХАМИ УКРАЇНСЬКИХ СІЧОВИХ СТРІЛЬЦІВ НА ПІДГАЄЧЧИНІ 139 KB
  Степан КОЛОДНИЦЬКИЙ Богдан МЕЛЬНИЧУК ШЛЯХАМИ УКРАЇНСЬКИХ СІЧОВИХ СТРІЛЬЦІВ НА ПІДГАЄЧЧИНІ До вибуху Першої світової війни Підгаєччина належала до одного із краще зорганізованих повітів Східної Галичини а це завдяки енергійному єдиному в той час адвокат...