Вакуум это: Понятие вакуума. Термины и определения.

ВАКУУМ: КОСМОС, ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ

Многие из нас не понимают природу вакуума и до сих пор считают, что вакуум – это просто ничто, пустота, пространство, лишенное материи и молекул. Вакуум как Пустота, такое понятие существовало еще в средние века и вызывало большой интерес среди ученых того времени.

В Средние века католическая церковь запрещала все исследования, связанные с пустотой, так как провозглашала это понятие священным. В 1211 году Уставом Парижского Собора заниматься “пустотой” было разрешено только теологам. Натурфилософы не имели такого права. Одним из главных постулатов теологии был: “Природа боится Пустоты”.

В 1640 году итальянский ученый Галилео Галилей, занятый в то время проектированием и строительством колодцев во Флоренции, определил “Силу боязни Пустоты” и показал, что она составляет 10 метров водяного столба или 1 кг на см². Кто бы мог подумать, что на данном принципе будет построена аэрация водоемов и выбор насос компрессоров для пруда.

В 1643 году Эвангиелисто Торичелли, ученик Галилея, измерил эту силу, используя стеклянную трубку, запаянную с одного конца, и показал, что эта сила уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм. Пустое пространство под поверхностью ртути было названо “Торригеллева пустота”, так как считали его абсолютно пустым. Сейчас мы знаем, что это пространство заполнено парами ртути с давлением около 1,2х10^-3 мм. рт.ст (или 1,6х10^-1 Па). Позже единица давления в 1 мм.рт.ст была названа тором в честь Торичелли. Большинство средств измерений вакуума, вакуумных датчиков, их диапазоны измерений указывается в торах. Более подробно с единицами измерения вакуума можно ознакомиться в технической статье по вакуумным датчикам.

В 1648 году Блез Паскаль открыл, что “Сила боязни Пустоты” была ничем иным, как атмосферным давлением. Сначала он повторил опыты Торичелли с трубкой и ртутью. Затем он попросил своего свояка Флорена Перье повторить этот эксперимент сначала у подножья горы Пюи де Дом, а затем на вершине. Эксперимент был проведен в присутствии горожан города Клермона 16 сентября 1648 года и показал разницу уровней столба ртути 82,5 мм для высоты 1,5 км. Паскаль был первым, кто доказал, что атмосферные газы создают давление. В честь этого открытия современная единица давления названа Паскалем (1 Па = 0,0076 тор). Вся вакуумная техника, характеристики вакуумных насосов, а точнее значение уровня вакуума указывается по системе измерений СИ в Паскалях.

В 1650 году Отто фон Герике, мэр города Магдебурга, сконструировавший первый воздушный насос с водяным уплотнением, осуществил свои знаменитые эксперименты с “Магдебургскими полушариями”.

В 1825 году Жан Батист Дюма, французский химик получил низкое давление путем конденсации паров воды в закрытом объеме. В 1835 году Роберт Бунзен, немецкий химик, получил вакуум с использованием струи жидкости, но все эти изобретения не использовались на практике, так как в них не было технической потребности.

Далее выяснилось, что полной пустоты в природе не существует. Ее нет даже там, где совершенно отсутствует какое бы то ни было вещество. В XVIII столетии Фарадей утверждал, что материя присутствует везде, и нет промежуточного пространства, не занятого ею.

В 1887 году русские ученые Столетов и Герц открыли явление фотоэлектронной эмиссии. Эти выдающиеся технические открытия заложили техническую и экономическую основу для бурного развития вакуумных технологий в мире.

В 1874 году шотландец Мак Леод изобрел компрессионный манометр, а итальянец Пирани – манометр сопротивления, позволяющие измерять давления в низком и среднем вакууме.

В 1884 году итальянский инженер Малиньяни впервые использовал сорбент (фосфор) для улучшения вакуума в электрической лампе. Зарождение идеи создания адсорбционных и геттерных вакуумных насосов.

В 1904 году француз Дюар впервые использовал активированный уголь, охлажденный жидким азотом для сорбции (откачки) газов. Всем известные сосуды Дюара для хранения жидкого азота.

В 1906 году немецкий инженер Геде изобрел вращательный ртутный, а затем вращательный масляный насосы. Пять лет позже он изобрел молекулярный вращательный насос. Потом появились современные турбомолекулярные насосы.

В период с 1914 по 1916 гг.  парортутный диффузионный насос был практически одновременно изобретен в трех странах, разделенных границами Первой Мировой войны: в России – профессор Боровиком, в Германии – Геде, во Франции – Ленгмюром.

В 1916 году американский ученый Бакли изобрел ионизационный манометр. В 1928 году Берч изобрел паромасляный диффузионный насос, в котором ртуть была заменена маслом.

Фундаментальные основы вакуумной техники были созданы в начале ХХ века теоретическими работами Дешмана (Америка), Ленгмюра (Франция), Кэмпбелла (Англия), Кнудсена (Голландия), а также русскими учеными – академиком Иоффе и профессором Богуславским.

В настоящее время без вакуума не обходится ни одна сфера науки и промышленности. Испытания в вакууме, термовакуумные испытания, исследования физики вакуума, возникновения вселенной. Более подробно области применения вакуума описаны в статье, применение вакуума в науке и промышленности.

Вернемся к описанию вакуума, пространства и времени. Абсолютно любая область космического пространства всегда заполнена если не веществом, то какими-либо другими видами материи, будто магнитными полями, влиянием гравитации, излучениями и другими полями. Большая часть космоса состоит из темной материи и энергии, 96% космоса и только 4 % скопления газа и звезды. Состав и природа темной материи на настоящий момент не известны.

Подумайте только, вообразите себе на минуту, что нам каким-то образом удалось совершенно опустошить некоторую область пространства, откачать воздух и удалить из вакуумного объема вакуумной камеры все частицы, излучения и поля. Так вот даже в этом случае все равно осталось бы «Нечто». Определенный запас энергии, который у ва­куума нельзя отобрать никакими способами. Что говорить о существовании неизведанной темной материи. Но человечество любопытно в своих стремлениях, и кто знает, какие ждут нас открытия в будущем.

Обнаружились неожиданные и интересные факты. Оказалось, что вакуум способен рождать элементарные частицы, порождать вещество. Мало того, с самим вакуумом могут происходить различные физические превращения, он способен взаимодействовать с чем-то и даже сам с собой.

Помню, учась в институте на первом курсе кафедры, нам преподавали основы вакуумной техники, отец меня спросил, решив поймать на вопросе: скажи мне, а существует Эхо в вакууме? Я задумался, в лесу распространение звука есть, мы слышим его в виде Эхо, а что происходит в вакууме? Я честно признаюсь, я колебался с ответом и не мог ответить на вопрос, но посетили мысли о том, как может звук распространяться в вакууме, ведь нет ничего, от чего он может отражаться.

Вакуум взаимодействует с вакуумом? Значит ли это, что рушится один из самых основных законов природы, закон сохранения материи? Меня часто посещают мысли, вакуум как нечто материальное, особая форма существовании материи, а некоторые ученые предлагают считать ВАКУУМ особым состоянием вещества. Тут больше философский интерес, ведь вакуум представляет собою нечто более универсальное и всеобъемлющее, чем любая другая известная нам форма существования материи. Может быть, вакуум и есть та «протосреда», из которой могут образовываться все другие виды вещества и материи.

В частности, советский ученый высказал интересные гипотезы о том, что вакуум представляет собой не что иное, как бесконечно большой запас энергии одного знака, компенсированный энергией другого знака. Таким образом, вакуум — это как бы совокуп­ность, своеобразное единство противоположностей. Когда же из вакуума образуются другие формы материи, которые и составляют то, что мы называем Вселенной, эти противоположности разделяются. Не исключена возможность, что с подобной точки зрения удастся объяснить такие явления, как образование космических лучей высоких энергий, вспышки сверхзвезд, образование радиогалактик, а также начало расширения галактик.

О том, что ВАКУУМ — НЕ ПУСТОТА, а сложная физическая система, лучше всего свидетельствует открытие одного из самых поразительных явлений — так называемой «поляризации вакуума», к которому пришла квантовая электродинамика.

Квантовая электродинамика, или квантовая теория электромагнитного поля, — один из сравнительно молодых и наиболее сложных разделов современной физики. Она занимается изучением всевозможных взаимодейст­вий фотонов электромагнитного поля с заряженными частицами. Вакуум оказался еще значительно сложнее, чем мы это себе представляли. Но тем интереснее узнавать о нем больше и познавать его.

В вакууме, который рассматривается как особое состояние материи, скрыты не только электроны и позитроны, но и пары «протон—антипротон». Такие пары, если к ним подвести энергию в форме, например, фотонов, становятся реальными: их можно зарегистрировать.

Если в вакууме покоится заряженная частица — протон, то согласно законам квантовой механики вокруг него будут непрерывно рождаться и уничтожаться электроны и позитроны. Создается своеобразная «плазма» наподобие той, которая возникает в газовом разряде. Поэтому вблизи протона вакуум приобретает суммарный отрицательный заряд, а на большом расстоянии от него — суммарный положительный. В результате заряд протона несколько уменьшается — «экранируется». Это и есть поляризация.

Следовательно, частица, оказавшаяся в вакууме, расталкивает вокруг себя заряды, расталкивает «плазму». Именно это обстоятельство и дает возможность наблю­дать эффект, о котором идет речь.

Хотя возникающие в «плазме» заряженные частицы «живут» лишь десять в минус двадцать первой степени секунды и наблюдать их нельзя, свойства электронного поля вблизи протона, как уже говорилось, изменяются. Это явление можно наблюдать экспериментально. Однако расчет величины подобного эффекта долгое время наталкивался па непреодолимые трудности. Соответствующие эксперименты были проведены учёными на ускорителях, получив непосредственное опытное подтверждение природы вакуума.

Мне хочется верить в предположение ряда ученых, что в будущем на смену современной физической картине мира, которая базируется на взаимодействие различных полей электромагнитных, гравитационных и других — придет вакуумная картина. Такая картина должна исходить из того, что основой всего во Вселенной является вакуум, а все существующее, по меткому выражению одного известного ученого, не более как «легкая рябь» на его поверхности. Обычное вещество может оказаться в определенном смысле конечным, а суть всех вещей заключаться именно в вакууме.

Еще с появлением теории относительности была обнаружена тесная связь между свойствами материи и свойствами пространства и времени. При этом до сих пор мы исходили из предположения, что определяющую роль играют свойства материи вещества, частицы, полей, а свойства пространства и времени являются вторичными, производными. Однако в принципе не исключена возможность, что в действительности все обстоит наоборот: свойства материи представляют собой не что иное, как проявление определенных геометрических свойств, так сказать, пространственно-вре­менного «каркаса».

Согласно современным физическим воззрениям, реальное пространство Вселенной, в котором мы живем, является «трехмерным» и «односвязным». Первое из этих свойств означает, что в нашем пространстве через одну точку можно провести только три взаимно перпендикулярные прямые линии. Правда, согласно теории относительности Альберта Эйнштейна в природе существует и еще одно, четвертое измерение: Время. Но это четырехмерное «пространство-время» теории относительности фактически является лишь математическим приемом, позволяющим в удобной форме описывать различные физические процессы. Поэтому говорить о том, что мы с точки зрения теории относительности живем в четырехмерном мире, можно лишь в том смысле, что все происходящие в природе события совершаются не только в пространстве, но и во времени.

Есть и зоны, где происходят явления, которые вообще трудно даже себе представить: здесь временная координата меняется ролями с одной из пространственных, время как бы превращается в расстояние, а расстояние — Время.

Разумеется, в любом случае высшим и окончательным судьей истинны или ложности любой теории остается эксперимент. Но, тем не менее, физический анализ способен оказывать весьма существенную помощь при оценке тех или иных ситуаций, складывающихся в процессе изучения природы вакуума и выборе наиболее эффективных путей дальнейшего исследования.

Компания ВАКТАЙМ занимается поставкой специализированных исследовательских  комплексов, разработкой научного и инновационного вакуумного оборудования, проектированием сложных вакуумных систем, монтажом вакуумных систем откачки, систем имитации условий космического пространства. Таких как имитация космоса, холодного космического пространства, где температуры могут достигать температур жидкого азота, имитация вакуума и теплового излучения земли, излучения солнца, испытаний объектов в вакууме.

Технические специалисты компании ВАКТАЙМ окажут поддержку и консультацию в вопросах подбора вакуумного оборудования для проведения Ваших исследований, предложат различные варианты компоновок вакуумных систем, посоветуют аналитическое оборудование для определения остаточного состава атмосферы в вакуумной камере, спроектируют и изготовят вакуумные камеры для Ваших задач.

Компания ВАКТАЙМ поставляет и изготавливает вакуумные откачные стенды для создания сверхвысокого вакуума менее 10^-11 Паскаля. Сверхвысоковакуумная камера для Ваших исследований  и экспериментов в вакууме. Узнайте больше в разделе вакуумные камеры.

              

          Компания ВАКТАЙМ поставляет средства измерения вакуума для низкого и высокого вакуума, в том числе известный вакуумметр итальянского ученого Пирани. В честь этого ученого названы самые распространённые вакуумметры мира. Более подробно вы можете ознакомиться в статье «Cредства измерения вакуума, история вакуумметры».

           Какие бы перед Вами задачи в области исследования и применения вакуума не стояли, компания ВАКТАЙМ поможет Вам с решением, предложит необходимые способы реализации с помощью самого современного вакуумного оборудования. Если Вы хотите купить вакуумный насос, купить вакуумный датчик, ищите лучшее предложение по цене и технике, но не знаете цену на вакуумный насос, позвоните нашим инженерам и мы поможем подобрать оптимальный вариант для Вас.

«Познавательная страничка» про вакуум / Хабр

Картинка Wirestock, Freepik

Свойства разреженных газов изучаются специальной областью физики, которая называется физикой вакуума. В её основе лежат несколько постулатов:

• газ представляет собой совокупность молекул, находящихся в движении;
• молекулы газа распределяются по скоростям, другими словами, одной и той же скоростью движения обладает одинаковое число молекул;
• у молекул нет преимущественных направлений перемещения;
• газ обладает температурой, которую можно назвать величиной, пропорциональной усреднённой кинетической энергии всех его молекул;
• если молекула взаимодействует с поверхностью твёрдого тела, то она может адсорбироваться ей.

Если давление газа ниже атмосферного давления, такое его состояние принято называть вакуумом.

Небольшой спойлер от автора: дальше последует некоторый результат моих исследований этой темы. Суждения в тексте ниже могут быть где-то верны, где-то ошибочны, а где-то недостаточно подробны. В любом случае, надеюсь, что будет интересно!

Если давление газа значительно ниже атмосферного или весьма значительно ниже, то в таком случае говорят о высоком или сверхвысоком уровне вакуума.

Например, с увеличением расстояния от уровня моря атмосферное давление уменьшается, и на больших высотах соответствует понятию высокого вакуума. С дальнейшим ростом расстояния от поверхности и выходом в космическое пространство мы уже сталкиваемся с понятием сверхвысокого вакуума.

В общем случае вариант высокого вакуума подразумевает такую концентрацию молекул в некоем сосуде, чтобы длина пробега молекулы в рамках этого сосуда без соударения с другими молекулами была больше размера этого сосуда.

Такого типа вакуум обычно используют в разнообразных устройствах, где применяется электронный поток: электронных лампах и микроскопах, кинескопах, рентгеновских аппаратах.

Сверхвысокий вакуум нужен для получения очень чистых поверхностей, не содержащих адсорбированных газов, при этом чистота поверхности сохраняется тем дольше, чем выше вакуум в системе.

При наличии давления, близкого к атмосферному, вакуум определяют как разность атмосферного и абсолютного давления. При абсолютном давлении, которое отличается от атмосферного на два порядка и более, подобная разность остаётся неизменной и с её помощью уже нельзя измерять количество разреженного газа. Поэтому при таких давлениях степени вакуума определяют уже абсолютным давлением газа. Если давление очень мало и его значение не может быть зафиксировано имеющимися приборами, то в этом случае в качестве характеризующего признака пользуются замером количества молекул газа на единицу объёма, так называемой

молекулярной концентрацией газа.

Логически рассуждая, нетрудно понять, что идеальным вакуумом является полное отсутствие каких-либо газов или частиц вещества в некотором рассматриваемом объёме. Именно к этому и стремится вакуумная наука, однако такое состояние пока недостижимо и именно поэтому и говорят о степенях вакуума.

Важность вакуума

Многие отрасли науки критически зависят от получения высокого вакуума: физика твёрдого тела, физика плазмы, ядерная физика, физика космического пространства, а также сфера электроники.

Например, реализация электровакуумных приборов была бы невозможной, так как вакуум там является неотделимым элементом конструкции. Например, высокий вакуум используется в приёмно-усилительных и генераторных лампах, а низкий и средний вакуум применяется при производстве осветительных ламп.

Самые высокие требования к степени вакуума предъявляются в сфере производства электронно-лучевых трубок и сверхвысокочастотных устройств. В то же время, например, при производстве полупроводниковых микросхем, вакуум не требуется, но вакуумные технологии применяются в области нанесения тонких плёнок, ионного травления, электронолитографии, где они позволяют получать элементы субмикронных размеров.

Важен вакуум и для металлургии, так как вакуумная плавка металлов позволяет избавить их от газов, вследствие чего металлы получают большую прочность, пластичность, вязкость.

Благодаря такой плавке можно получать не содержащие углерода сорта железа для использования в электродвигателях, а также медь с высокой электропроводностью.

Кроме того, вакуумное спекание применяется и в порошковой металлургии, с помощью чего получают спечённые порошки из таких металлов, как вольфрам и молибден, а также сталь высокого качества.

В вакуумной среде получают сверхчистые вещества, полупроводники, диэлектрики, которые могут быть выращены с помощью кристаллизационных установок.

Вакуумная диффузионная сварка позволяет получать прочные соединения металлов, которые существенно отличаются по своим температурам плавления. Например, таким способом можно соединить керамику и металл, сталь и алюминий.

Широко используется также и электронно-лучевая сварка в вакууме.

В электротехнике вакуумная пропитка используется как один из самых экономичных методов производства трансформаторов, электродвигателей, конденсаторов, кабелей.

Важен вакуум и в химической промышленности, где с его помощью происходит исследование осаждения газов и паров на поверхности катализаторов, осуществляется вакуумная сушка при производстве синтетических волокон, полиэтилена и органических растворителей.

Не осталась в стороне и оптическая промышленность: с помощью вакуумных процессов там изготавливаются различные защитные слои, интерференционные фильтры, просветлённая оптика, а также применяется вакуумное покрытие алюминием, которое заменило предыдущий вариант химического серебрения.

Своё применение вакуум нашёл и в пищевой индустрии, где применяется вымораживание и вакуумная сушка с целью долгосрочного консервирования продуктов. Кроме того, используется упаковка скоропортящихся продуктов в вакууме, что позволяет увеличить их сроки хранения, а также вакуумное опреснение воды.

С понижением давления температура кипения воды также понижается, и вода кипит уже не при 100°С, а гораздо ниже. Например, автором этой статьи в своё время применялся покупной вакуумный самогонный аппарат, где, если не изменяет память, вода кипела при 60°С, что позволяло уменьшить затраты на её нагрев, а также заготавливать продукты с минимальным температурным воздействием, в частности, сгущённое молоко.

Причём уровень вакуума, создаваемый этим аппаратом, был весьма мал, так как для создания вакуума использовался поток воды и так называемый струйный насос, в котором поток воды увлекает за собой воздух, отсасывая его из ёмкости. Имеется подозрение, что если разрежать воздух до более высоких величин, например, с использованием вакуумного электрического насоса, вода сможет кипеть и при комнатной температуре. Но тут, конечно, требуется эксперимент…

Кстати говоря, с осознанием этого факта становится довольно забавным наблюдение за различными имеющимися в продаже самогонными аппаратами, которые требуют нагрева с постоянным риском взрыва сосуда, в то время как по идее они могли бы кипеть при комнатной температуре вообще без нагрева 🙂

Методы получения вакуума

▍ Механические методы

Среди механических методов создания вакуума выделяются различные насосы. Например, объёмные, которые производят откачку газов за счёт изменения объёма своей рабочей камеры: поршневой, жидкостно-кольцевой, ротационный.

Альтернативным типом выступают молекулярные насосы, которые работают за счёт принципа ускорения молекул с помощью придания им скорости с использованием твёрдой, жидкой или парообразной субстанции, движущейся с большой скоростью: диффузионные, эжекторные, водоструйные, с одинаковым и перпендикулярным движением откачивающей субстанции и газа.

Например, рассмотрим пароструйную откачку.

Картинка: «Вакуумная техника» — Л.Н.Розанов

Молекулы газа для откачки поступают через патрубок (1), после чего начинают взаимодействовать с паром, который движется с большими скоростями (вплоть до сверхзвуковой), что придаёт им скорость и они устремляются к насосу предварительного разрежения, подключённому к выходу (6). Далее в камере (3) происходит смешивание откачиваемого газа и пара, после чего смесь устремляется в запирающий канал (4), создающий сопротивление обратному току газа. В ходе своего дальнейшего движения смесь перемещается в камеру (5), содержащую охлаждаемые водой стенки, на которых происходит конденсация водяного пара и стекание сконденсированной воды через дренажную трубку (7), в то время как сжатый газ устремляется через выходной патрубок (6).

Кстати говоря, описанный выше самогонный аппарат, с помощью которого автор этой статьи кипятил молоко и делал из него сгущёнку, действовал примерно по описанному выше принципу. Только в качестве пара использовался поток воды из крана.

▍ Физико-химические методы

В отличие от предыдущих механических методов, настоящие методы позволяют добиваться лучших показателей. Связано это с тем, что во время их работы не происходит загрязнения парами и частицами смазки и других герметизирующих жидкостей, что типично для механических насосов.

Например, ионные насосы осуществляют свою работу за счёт придания молекулам газа направленного движения под влиянием электрического поля.

Насосы, построенные на испарительном принципе, задействуют хемосорбцию — то есть поглощение газов поверхностью металлов, в качестве которых используют: Ti, Zr, Ta, Ba, Mo, W, Hf, Er.

В свою очередь, физическая адсорбция и конденсация производится с помощью криоадсорбционного и конденсационного типа насосов.

Ниже приведена сравнительная характеристика достигаемых разрежений с помощью насосов разных типов:

Картинка: «Вакуумная техника» — Л.Н.Розанов

Поиск течи

Получение вакуума — это только одна часть проблемы. Ещё необходимо этот вакуум сохранить, что может быть проблематично из-за течей, через которые в вакуумируемый объём поступает атмосферный воздух или иной окружающий газ. Для борьбы с этой проблемой используют ряд методов, перечисленных ниже.

Метод пробного газа: сначала в проверяемом объёме создаётся вакуум, после чего место, подозреваемое на наличие течи, начинает обдуваться пробным газом, который отличается от воздуха. Если в системе в этом месте есть течь, то газ начинает всасываться внутрь вакуумированного объёма, что обнаруживается изменением показаний вакуумметра или масс-cпектрометра, которые были настроены на этот пробный газ. Чтобы давление внутри вакуумированного объёма не повышалось, этот тестируемый объём должен находиться под непрерывной откачкой.

Метод высокочастотного разряда: электрод высокочастотного трансформатора подносится к предполагаемому месту протечки, которое обнаруживается по образованию направленного разряда (далее этот момент в литературе подробно не объясняется, я излагаю своё понимание — прим. автора статьи). Разряд появляется из-за того, что в месте, где происходит всасывание воздуха внутрь вакуумированного объёма, происходит понижение его давления, что вызывает улучшение условий возникновения электрического пробоя и в воздухе возникает разряд (видимо, подразумевается, что разряд возникает вне вакуумированного объёма, например, снаружи колбы — между колбой и электродом — прим. автора статьи).

Люминесцентный метод: проверяемую ёмкость на длительное время погружают в раствор люминофора. После извлечения ёмкости из люминофора, имеющиеся места течей легко детектируются ввиду того, что они выглядят как точки и полоски на очищенной поверхности в момент подсветки ртутно-кварцевыми лампами во время поиска, так как эти места остаются заполненными люминофором.

Радиоизотопный метод: испытуемые объекты выдерживаются некоторое время в атмосфере радиоактивного газа. После удаления газа и очистки поверхности излучение сохраняется только у негерметичных объектов.

Пузырьковый метод: испытуемый объём накачивается избыточным давлением и погружается в воду. Места течей обнаруживаются по наличию поднимающихся пузырьков.

Замер степени вакуума

▍ Ионизационные измерители

Большая часть приборов для измерения степени вакуума построена на принципе ионизации с помощью электронного удара и измерения силы тока образованных положительных ионов, которая представляет собой функцию от давления газа.

Ионизация с помощью электронного удара происходит, если электрон атома газа получает энергию, которая равна или превышает потенциальную энергию бесконечно удалённого электрона. Минимальная энергия, которая требуется, чтобы оторвать электрон от атома и удалить его на расстояние, где силы взаимодействия ядра и электрона исчезающе малы, определяется потенциалом ионизации этого газа.

Ниже приведён график эффективности ионизации:

Картинка: «Вакуумметрическая аппаратура» — В.В.Кузьмин и др.

Измерительные приборы, которые в своей основе имеют принцип ионизации, разделяются по способу осуществления ионизации:

• вакуумметры, где ионизация осуществляется потоком электронов, испускаемых раскалённым или холодным катодом;
• магнитные электроразрядные, где ионизация осуществляется в газовом разряде;
• радиоизотопные, где ионизация осуществляется с применением альфа-, бета-частиц.

Вакуумметры, имеющие в своей основе ионизацию газа, состоят из первичного измерительного преобразователя, который подсоединяется для замера давлений к вакуумированному объёму, измерительного блока и кабеля, соединяющего измерительный блок и преобразователь.

Измерительный преобразователь представлен электронной лампой, у которой есть как минимум три электрода:

• катод, который испускает электроны;
• анод, который ускоряет электроны, предавая энергию, намного превышающую энергию ионизации газа;
• коллектор, который собирает получившееся в результате ионизации ионы.

Ниже приведена картинка, которая показывает способы возможного включения преобразователя давления, из которых видно, что его сетка может выступать как в качестве коллектора, так и анода:

Картинка: «Вакуумметрическая аппаратура» — В.В.Кузьмин и др.

Основное преимущество, которым обладают ионизационные вакуумметры, заключается в том, что их выходной сигнал зависит от давления, то есть наблюдается линейность характеристики, поэтому выходная шкала в таком вакуумметре сразу градуируется в единицах давления, хотя может быть градуирована и в единицах силы тока.

Большинство вакуумметров имеет чувствительность, которая находится в пределах 9,03-0,3 1/Па, в то время как у отдельных типов, где могут использоваться электрические и магнитные поля, она может доходить до 1/Па.

▍ Магнитные электроразрядные измерители

Вакуумметры такого типа построены на принципе использования зависимости тока самостоятельного разряда между катодом и анодом электроразрядного преобразователя — от давления.

Самый простой такой преобразователь представляет собой систему из двух электродов: катода и анода, которые подключаются с использованием балластного сопротивления к источнику постоянного высокого напряжения.

Для такой системы существует определённый диапазон давлений, в котором, в зависимости от геометрии системы, напряжённости поля, материала самих электродов и типа газа при появлении свободной заряженной частицы возникает лавинообразно нарастающий самоподдерживающийся разряд, сила тока которого зависит от давления газа в системе.

В промышленном применении для увеличения чувствительности с помощью удлинения траектории электронов в разрядном промежутке используют магнитные поля.

Для промышленных целей были разработаны три типа магнитных электроразрядных преобразователей давления, которые показаны на картинке ниже:

Картинка: «Вакуумметрическая аппаратура» — В.В.Кузьмин и др.

Преобразователь Пеннинга (а) содержит анод, который может быть выполнен в виде проволочного кольца/прямоугольной рамки/цилиндра.

Внешний цилиндр содержит торцы, закрытые дисками, соединённые с катодом. Это сделано для того, чтобы предотвратить уход электронов и ионов из зоны разряда.

Магнетронный (б) и инверсно-магнетронный (в) представлены коаксиальными цилиндрами, где внешний цилиндр содержит диски, закрывающие его торцы, также для предотвращения ухода электронов и ионов из зоны разряда.

Магнитные электроразрядные вакуумметры отличаются тем, что у них практически отсутствуют фоновые токи, что позволяет производить ими замер давлений в большом диапазоне:
от до .

Если сравнивать их с ионизационными вакуумметрами, то они имеют гораздо большую чувствительность, что даёт возможность уменьшить требования к усилителям и сопротивлению изоляции. Благодаря тому, что у них отсутствует раскалённый катод в преобразователе, не происходит пиролиз газа, и это позволяет применять их даже в криогенных системах.

Кроме того, они отличаются большей долговечностью, а также не требуют стабилизации электронного тока, что упрощает схему.

Однако у них есть и свои недостатки, среди которых можно назвать: нелинейность их характеристик, нестабильную работу при низких давлениях (не зажигается разряд), большую зависимость стабильности разряда от поверхности электродов, что приводит к существенным колебаниям разрядного тока, которые намного больше, если сравнивать с ионизационными вакуумметрами, что в конечном итоге даёт большую погрешность измерений.

Подытоживая, хочется сказать, что вакуум разных степеней прочно вошёл в нашу жизнь и используется во множестве отраслей, иной раз, весьма неожиданных для несведущего человека. Тем не менее, наличие в продаже доступных вакуумных электрических насосов позволяет каждому проводить свои эксперименты в этой области, например, по самостоятельному вакуумному напылению покрытий.

Список использованной литературы

1. «Техника высокого вакуума» — Я.Грошковский.
2. «Электровакуумные приборы и основы их конструирования» — А.Г.Гуртовник.
3. «Вакуумная техника» — Л. Н.Розанов.
4. «Вакуумметрическая аппаратура» — В.В.Кузьмин и др.

Telegram-канал с розыгрышами призов, новостями IT и постами о ретроиграх 🕹️

‎Пропылесосить! в App Store

Описание

Наведите порядок везде!

Наведите порядок везде!

6 июля 2021 г.

Версия 1.1

Мелкие исправления.

Рейтинги и обзоры

5 оценок

Разработчик, Янберк Йилдирим, указал, что политика конфиденциальности приложения может включать обработку данных, как описано ниже. Для получения дополнительной информации см. политику конфиденциальности разработчика.

Данные, используемые для отслеживания вас

Следующие данные могут использоваться для отслеживания вас в приложениях и на веб-сайтах, принадлежащих другим компаниям:

• Покупки
• Идентификаторы
• Данные об использовании
• Диагностика
• Другие данные

Данные, связанные с вами

Следующие данные могут быть собраны и связаны с вашей личностью:

• Покупки
• Идентификаторы
• Данные об использовании
• Диагностика
• Другие данные

Методы обеспечения конфиденциальности могут различаться, например, в зависимости от используемых вами функций или вашего возраста. Узнать больше

Информация

Продавец

Янберк Йылдырым

Размер

61,1 МБ

Категория

Игры

Возрастной рейтинг

4+

Авторское право

© Инструментальные игры

Цена

Бесплатно

• Тех. поддержка
• политика конфиденциальности

Еще от этого разработчика

Вам также может понравиться

Вакуум | Вики

Вакуум

Пол

Мужской

Цвет глаз

Синий

Виды

Пылесос

Род занятий

Уборка

Статус

Уничтожен

Озвучивает

Стивен Грейф

Пылесос является антагонистом в It Takes Two . Это пылесос, который когда-то принадлежал Мэй и Коди, но был сломан и брошен гнить.

Содержимое

• 1 Индивидуальность
• 2 Биография
  • 2.1 Фон
  • 2.2 Требуется два
• 3 Стратегия
• 4 мелочи

Личность[]

Из-за того, что Мэй и Коди сломлены и брошены, Вакуум чрезвычайно мстителен по отношению к ним обоим. Вакуум агрессивен, недоверчив и стремится наказать Мэй и Коди за то, что они с ним сделали.

Биография[]

Предыстория[]

Вакуум изначально принадлежал Мэй и Коди. В какой-то момент Коди сломал Пылесос после того, как он использовал его, чтобы всосать неисчислимое количество мусора, для которого Пылесос не предназначался. Не зная, как он сломался, Мэй позже пообещал починить Вакуум. Однако вместо этого Мэй положил пылесос на хранение и в качестве замены заказал «Turbo X2000», претенциозный французский пылесос.

Требуется два []

После того, как Мэй и Коди успешно добрались до Роуз в сарае, появляется доктор Хаким и преграждает им путь. Затем доктор Хаким открывает отсек в сарае, где хранился Вакуум. Вакуум узнает голос Коди, и доктор Хаким раскрывает Вакууму, кто такой Коди. После того, как Мэй и Коди узнают, что они сделали с Пылесосом, он засасывает их обоих и извергает на другую сторону сарая. Доктор Хаким поручил Мэй и Коди подняться на башню, где находится Вакуум, чтобы вернуться к Роуз. Когда Мэй и Коди достигают вершины, им противостоит Вакуум. Попытки Мэй победить Вакуума и убедить его, что она все еще может его исправить. Однако приходит доктор Хаким и сообщает, что Мэй уже заказала замену Пылесосу. В ярости Вакуум сражается с Мэй и Коди, которые в конечном итоге побеждают его. После того, как они выводят его из строя, Мэй и Коди хватают шланги Пылесоса и направляют их ему в глаза, втягивая их в петлю. Это приводит к перегрузке Вакуума, из-за чего он взрывается.

Стратегия[]

Вакуум атакует, запуская взрывчатку и мусор в Мэй и Коди, а также создавая ударные волны, ударяя по полу своими шлангами.