Вакуум

Вакуум

Вакуум (лат. vacuum — қуыс, бостық) — кеңістіктің еш заттегісіз күйі (физикалық вакуум), кейде газдық қысымы атмосфералық қысымнан әлдеқайда аздығын (техникалық вакуум) айтады.

Газдық қысымы нөлге тең таза вакуум философиялық түсінік деуге болады, себебі табиғатта ондай кездеспейді, тіпті кездескеннің өзінде куантум физиканың айтуынша еш кеңістік бос бола алмайды. Куантум өріс теориясындағы анықсыздық принципіне сәйкес физикалық вакуумда нөлдік толқындар болып, әрқашан виртуалды бөлшектер пайда болып және жоғалып тұрады.

“Вакуум” ұғымы, әдетте тұйық не газы сорылған ыдыстағы газға байланысты айтылады, кейде бұл ұғым бос кеңістіктегі (мысалы, ғарыштағы) газға да қолданылады. Вакуумның дәрежесі қалдық газдардың шамасын өлшей отырып анықталады. Вакуумның физикалық сипаттамасы газ молекулаларының еркін жол ұзындығы () мен нақты процеске не құралға тән өлшемнің (d) ара қатынасы (/d) болып есептеледі. Мысалы, өлшемнің (d-ның) қатарына вакуумдық камера қабырғаларының ара қашықтығы, вакуумдық түтіктің диаметрі, электр вакуумдық құралдар электродтарының ара қашықтығы, т.б. жатады. /d қатынасының шамасына қарай вакуумды төмен вакуум (/d 1), орташа В. (/d ~ 1) және жоғары В. (/d 1) деп бөледі. Әдеттегі вакуумдық қондырғылар мен құралдарда (d  10 см) төмен вакуумға қысымы 1 мм сын. бағ-нан жоғары қысым, орташа вакуумға 1 — 10-3 мм сын. бағ. аралығындағы қысым, ал жоғары вакуумға 10-3 мм сын. бағ-нан төмен қысым сәйкес келеді. Осы кездегі белгілі әдістермен жеткен вакуумның дәрежесі 10-15 — 10-16 мм сын. бағ. Бұл жағдайда 1 см3 көлемде небары бірнеше ондаған ғана молекула қалады.

Төмен вакуумдағы газ қасиеті молекулалардың бір-бірімен жиі соқтығысуымен анықталады. Соқтығысу кезінде молекулалар арасында энергия алмасу процесі жүреді. Мұндай газда ішкі үйкеліс болады (қыскаша Тұтқырлық) және оның газ ағыны аэродинамика заңдарына бағынады. Төмен вакуумда электр және жылу өткізгіштік, ішкі үйкеліс, диффузия құбылыстары бірқалыпты өзгереді не тұрақты күйінде қалады. Мысалы, төмен вакуумдағы “ыстық” және “салқын” қабырғалар арасындағы кеңістікте газ температурасы бірте-бірте өзгереді. Бұл жағдайда тасымалданатын жылу мөлшері (жылу өткізгіштік) не зат мөлшері (диффузия) қысымға тәуелсіз. Егер газ екі қатынас ыдыста, ал температуралары әр түрлі болса, онда олардың қысымдары теңескенде, температуралары да теңеседі. Төмен вакуум арқылы ток жүргенде шешуші рөлді газ молекулаларының иондалуы атқарады.

Жоғары вакуумдағы газ қасиеті тек молекулалардың қабырғаларға не басқа қатты денелерге соқтығысуымен ғана анықталады. Өйткені молекулалардың өзара соқтығысуы өте сирек болғандықтан мұнда ол шешуші рөл атқармайды. Молекулалар қабырғалар аралығында түзу сызық бойымен қозғалады. Тасымалдау құбылысы қабырғаларға тасымалданатын шамалар градиенті секірмесінің пайда болуымен сипатталады. Мысалы, ыстық және салқын қабырғалар арасындағы кеңістіктегі молекулалардың жартысына жуығының жылдамдығы салқын қабырғаның температурасына сәйкес, ал қалған бөлігінің жылдамдығы ыстық қабырғаның температурасына сәйкес келеді. Басқаша айтқанда, барлық көлемдегі газдың орташа температурасы бірдей, бірақ ол ыстық және салқын қабырғалардың орташа температурасынан өзгеше. Тасымалданатын шаманың (жылудың) мөлшері газдың қысымына тура пропорционал. Жоғары вакуумдағы ток тек электродтар бөліп шығаратын (эмиссия) электрондар мен иондарға ғана тәуелді. Бұл жағдайда газ молекулалары иондалуының екінші дәрежеде ғана рөлі бар.

Орташа вакуумдағы газ қасиеті төмен және жоғары вакуумдағы газ қасиеттерінің аралығында болады. Аса жоғары вакуумның ерекшелігі газ молекулаларының соқтығысуымен емес, вакуумдағы қатты дене бетіндегі процестерге байланысты болып келеді. Кез келген дене беті жұқа газ қабатымен қапталған. Дене бетіндегі осы газ қабатын қыздыру арқылы жоюға болады. Газдан арылған дене бетінің қасиеті күрт өзгереді: үйкеліс коэффициенті күшті артады, кейбір жағдайларда бөлме темп-расының өзінде-ақ материалдарды диффузиялық тәсілмен балқытып біріктіру мүмкіндігі туады. Вакуумды алу және оны пайдалану жөнінде вакуумдық техника мақаласын қараңыз.