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

46 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

32354. Понятие правосознания. Структура правосознания 30 KB
  Правосознание это совокупность представлений и чувств выражающих отношение людей социальных общностей классов наций народа к действующему и желаемому праву. Будучи субъективной реакцией человека на правовую действительность правосознание с одной стороны представляет форму вид общественного сознания наряду с нравственным политическим религиозным эстетическим и др. Право и правосознание связаны неразрывно. Алексеев правосознание неизбежный спутник права.
32355. Педагогическая деятельность, ее структура и специфика. Требования к личности учителя 16.92 KB
  Требования к личности учителя. Содержание определяется соцфакторами место и функция учителя в обществе требования общества к учителю и соцпсихологическими факторами ожиданиями окружающих общественными ожиданиями и установками. Коммуникативный – установление и поддержание отношений с учащимися родителями администрацией учителями. Учитель должен знать и учитывать особенности ученика которые мешают или помогают ему и соответственно реагировать на них медлительность ученика связанная с его темпераментом требует терпения и такта...
32356. Психологические основы обучения. Учение как процесс и ка деятельность. Основные модели обучения 17.22 KB
  Основные модели обучения. Учение как организованный процесс является стороной обучения и является продуктом учебной деятельности. Компоненты обучения: Целевой цели и задачи Содержание учебная программа Деятельностный деятельность педагога и учащихся Результативный оценка самооценка Функции обучения: Образовательная усвоение ЗУНов Воспитательная ценностное отношение к миру Развивающая установление взаимосвязи между явлениями и факторами Обучение – целенаправленная познавательная деятельность учащихся направленная на усвоение ими...
32357. Общее понятие о темпераменте. Свойства и типы темперамента, их проявление в деятельности и поведении 16.91 KB
  Темперамент – врожденные индивидуальные особенности человека обусловливающие динамические характеристики интенсивности и скорости реагирования степени эмоциональной возбудимости и уравновешенности особенности приспособления к окружающей среде. Они определяют динамику различной деятельности человека – игровой учебной трудовой рекреационной: Реактивность – степень непроизвольности реакций человека на внешние или внутренние воздействия одинаковой силы. Пластичность – легкость гибкость и быстрота приспособления человека к меняющимся внешним...
32358. Самосознание личности. Структура самосознания. Развитие самосознания в онтогенезе 18.56 KB
  Таким образом самосознание включает в себя: Самопознание интеллектуальные аспекты познания себя Самоотношение эмоциональное отношение к самому себе В целом можно выделить три пласта сознания человека: Отношение к себе Ожидание отношения других людей к себе атрибутная проекция Отношение к другим людям: эгоцентрический уровень отношений если мне помогают то это хорошие люди группоцентрический уровень если принадлежит к моей группе то он хороший просоциальный уровень поступай с другими так как хотел чтобы поступали стобой ...
32359. Общие понятия о характере. Структура характера. Типология характера 13.96 KB
  Структура характера. Типология характера. В структуре личности характера занимает центральное место объединяя все другие свойства и особенности поведения: Влияет на познавательные процессы На эмоциональную жизнь На мотивацию и волю Определяет индивидуальность и своеобразие личности Характер человека – сплав врожденных свойств высшей нервной деятельности с приобретенными в течении жизни индивидуальными чертами. Структура характера: Черты выражающие направленность личности устойчивые потребности установки интересы склонности идеалы цели...
32360. Групповая и совместная деятельность. Факторы эффективности групповой и совместной деятельности 15.38 KB
  Факторы эффективности групповой и совместной деятельности. Совместимость – способность членов группы к совместной деятельности. Виды совместимости: Психофизиологическая – определенное сходство характеристик людей и на этой основе согласованность их эмоциональных и поведенческих реакций синхронизация темпа совместной деятельности. Критерии оценки: Результаты деятельности.
32361. Психологическая готовность ребенка к школе. Методы диагностики психологической готовности к обучению в школе 13.85 KB
  Психологическая готовность ребенка к школьному обучению – необходимый и достаточный уровень психического развития ребенка для освоения школьной учебной программы в условиях обучения в коллективе сверстников. Структура компоненты: Психоматорная готовность – сбалансированность процессов возбуждения и торможения которая позволяет ребенку более длительное время сосредотачивать свое внимание способствует формированию произвольных форм поведения и познавательных процессов; развитие мелких мышц руки и зрительно моторных координаций что создает...
32362. Метод тестов 19.05 KB
  Тесты отличаются от других методов исследования тем что предполагают четкую процедуру сбора и обработки первичных данных а также своеобразную их последующему интерпретацию. Стал широко использоваться в психологии после публикации в 1980 работы Кетелла Умственные тесты и измерения которая была посвящена результатам тестирования студентов США. Виды тестов: По особенностям тестовых значений: вербальные невербальные По форме проведения: групповые индивидуальные В зависимости о наличия или отсутствия временных ограничений: скорости...