Вакуум

I

Ва́куум (от лат. vacuum — пустота)

состояние газа при давлениях значительно ниже атмосферного. Понятие В. применяется обычно к газу, заполняющему ограниченный объём, но нередко его относят и к газу, находящемуся в свободном пространстве, например в космосе. Поведение газа в вакуумных устройствах определяется соотношением между длиной свободного пробега (См. Длина свободного пробега) λ молекул (или атомов) и размером d, характерным для данного прибора или процесса. Такими размерами могут быть, например, расстояние между стенками вакуумного объёма, диаметр вакуумного трубопровода, расстояние между электродами электровакуумного прибора и т.п. В зависимости от соотношения λ и d различают: низкий В. (λ d), cpeдний В. (λВакуум d), и высокий В. (λ <>d).

В вакуумных установках и приборах размером d Вакуум 10 см низкому В. соответствует область давлений выше 10² н/м² (1 мм рт. ст.), среднему В. — от 10² до 10^-1 н/м² (от 1 до 10^-3 мм рт. ст.) и высокому В. — ниже 0,1 н/м² (10^-8мм рт. ст.). Область давлений ниже 10^-6 н/м² (10^-8 мм рт. cm.) называют сверхвысоким В. Однако, например, в порах или каналах диаметром d Вакуум1 мкм поведение газа соответствует высокому В. при давлениях, начиная с 10³ н/м² (десятки мм рт. ст.), а в камерах для имитации космического пространства, размеры которых достигают десятков метров, границей между средним и высоким В. считают давления 10^-3 н/м² (10^-5 мм рт. ст.).

Наиболее высокая степень В., достигаемая существующими методами, соответствует давлениям 10^-13—10^-14 н/м² (10^-15—10^-16 мм рт. ст.). При этом в 1 см³ объёма остаётся всего несколько десятков молекул. Достигаемая степень разрежения определяется равновесием между скоростью откачки газа и скоростью его поступления в откачиваемый объём. Поступление может происходить за счёт проникновения газа в вакуумную камеру извне через микроскопические отверстия (течи), а также в результате выделения газа, адсорбированного стенками или растворённого в них (см. Адсорбция).

Свойства газа в условиях низкого В. определяются частыми столкновениями молекул газа друг с другом, сопровождающимися обменом энергией между ними. Такой газ обладает внутренним трением (см. Вязкость). Его течение подчиняется законам аэродинамики (см. Аэродинамика разреженных газов). Явления переноса (электропроводность, теплопроводность, внутреннее трение, диффузия) в условиях низкого В. характеризуются плавным изменением или постоянством градиента переносимой величины. Например, температура газа в пространстве между «горячей» и «холодной» стенками в низком В. изменяется постепенно. При этом переносимое количество тепла (Теплопроводность) или вещества (Диффузия) не зависит от давления. Если газ находится в двух сообщающихся сосудах при различных температурах, то при равновесии давления в этих сосудах равны. При прохождении тока в низком В. определяющую роль играет ионизация молекул газа (см. Электрический разряд в газе (См. Электрический разряд в газах), Ионизация).

В высоком В. свойства газа определяются только столкновениями его молекул со стенками. Столкновения молекул друг с другом происходят редко и играют второстепенную роль. Движение молекул между стенками происходит прямолинейно (молекулярный режим течения газа). Явления переноса характеризуются возникновением скачка градиента переносимой величины на стенках; например, во всём пространстве между горячей и холодной стенками примерно половина молекул имеет скорость, соответствующую температуре холодной стенки, а другая половина — скорость, соответствующую температуре горячей стенки, т. е. средняя температура газа во всём объёме одинакова и отлична от температуры как горячей, так и холодной стенок. Количество переносимого тепла, вещества и т.д. прямо пропорционально давлению газа. Давление газа, находящегося в сообщающихся сосудах, p₁ и p₂ при различных абсолютных температурах T₁ и T₂ определяется соотношением:

Прохождение тока в высоком В. возможно только в результате испускания (эмиссии) электронов и ионов электродами (см. Термоэлектронная эмиссия. Туннельная эмиссия. Вторичная электронная эмиссия, Фотоэлектронная эмиссия, Ионная эмиссия). Ионизация молекул газа здесь играет второстепенную роль. Она существенна в тех случаях, когда длина свободного пробега заряженных частиц искусственно увеличивается и становится значительно больше расстояния между электродами (см., например, Магнетрон, Магнитный электроразрядный манометр (См. Манометр)), или при их колебательном движении вокруг какого-либо электрода (см. Клистрон, Ионизационный манометр).

Свойства газа в среднем В. являются промежуточными между его свойствами в низком и высоком В.

Особенности сверхвысокого В. связаны уже не с соударениями частиц, а с др. процессами на поверхностях твёрдых тел, находящихся в В. Поверхность любого тела всегда покрыта тонким слоем газа, который может быть удалён нагревом (обезгаживание). После этого поверхностные свойства тел резко изменяются: сильно увеличивается коэффициент трения, в ряде случаев становится возможной сварка материалов даже при комнатной температуре и т.д. Удалённый слои газа постепенно восстанавливается в результате адсорбции молекул газа, бомбардирующих поверхность, что сопровождается изменением её поверхностных свойств. Для изменения этих свойств достаточно образования мономолекулярного слоя газа. Время t, необходимое для образования такого слоя в В., обратно пропорционально давлению. При давлении p= 10^-4н/м² (10^-6мм рт. ст.)t = 1 сек, при др. давлениях время t(сек) может оцениваться по формуле: t = 10^-6 _*р, где р— давление в мм рт. ст. (или по формуле t =10^-4 _*р),где р — давление в н/м². Эти формулы справедливы, если каждая молекула газа, ударяющаяся о поверхность, остаётся на ней (так называемый коэффициент захвата равен 1). В ряде случаев коэффициент захвата меньше 1 и тогда время образования мономолекулярного слоя соответственно увеличивается. При р <>^-6 н/м² (10^-8 мм рт. ст.) образование мономолекулярного слоя газа происходит за время, превышающее несколько мин. Сверхвысокий В. определяется как такой В., в котором за время наблюдения не происходит существенного изменения свойств поверхности (первоначально свободной от газа) вследствие её взаимодействия с молекулами газа. О получении и применении В. см. Вакуумная техника, об измерении В. — Вакуумметрия.

Лит. см. при ст. Вакуумная техника.

А. М. Родин.

Ва́куум

физический, среда, в которой нет частиц вещества или поля. В технике В. называют среду, в которой содержится «очень мало» частиц; чем меньше частиц находится в единице объёма такой среды, тем более высок В. Однако полный В. — среда, в которой совсем нет частиц, вовсе не есть лишённое всяких свойств «ничто». Отсутствие частиц в физической системе не означает, что она «абсолютно пуста» и в ней ничего не происходит.

Современное понятие В. оформилось в рамках квантовой теории поля (См. Квантовая теория поля). В микромире, который описывается квантовой теорией, имеет место Корпускулярно-волновой дуализм: любые частицы (молекулы, атомы, элементарные частицы) обладают некоторыми волновыми свойствами и любым волнам присущи некоторые свойства частиц (корпускул). В квантовой теории поля все частицы, в том числе и «корпускулы» световых волн, фотоны, выступают на одинаковых основаниях — как кванты соответствующих им физических полей: фотон — квант электромагнитного поля; электрон и позитрон — кванты электронно-позитронного поля; мезоны — кванты мезонного, или ядерного, поля и т.д. С каждым квантом связаны присущие частицам физические величины: масса, энергия, количество движения (импульс), электрический заряд, Спин и др. Состояние системы и её физические характеристики полностью определяются числом составляющих её частиц — квантов — и их индивидуальными состояниями. В частности, у любой квантовой системы имеется вакуумное состояние, в котором она вовсе не содержит частиц (квантов). В таком состоянии энергия системы принимает наименьшее из возможных значений, а её заряд, спин и прочие характеризующие систему Квантовые числаравны нулю. Эти факты интуитивно понятны: поскольку в вакуумном состоянии нет материальных носителей физических свойств, то, казалось бы, для такого состояния значения всех физических величин должны равняться нулю. Но в квантовой теории действует принцип неопределённостей (см. Неопределённостей соотношение), согласно которому только часть относящихся к системе физических величин может иметь одновременно точные значения; остальные величины оказываются неопределёнными. (Так, точное задание импульса частицы влечёт за собой полную неопределённость её координаты.) Поэтому во всякой квантовой системе не могут одновременно точно равняться нулю все физические величины.

К величинам, которые не могут быть одновременно точно заданы, относятся, например, число фотонов и напряжённость электрического (или магнитного) поля: строгая фиксация числа фотонов приводит к разбросу (флуктуациям) в величине напряжённости электрического поля относительно некоторого среднего значения (и наоборот). Если число фотонов в системе в точности равно нулю (вакуумное состояние электромагнитного поля), то напряжённость электрического поля не имеет определённого значения: поле всё время будет испытывать флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряжённости будет равно нулю. Таким флуктуациям подвержены и все другие физические поля — электронно-позитронное, мезонное и т.д.

В квантовой теории поля флуктуации интерпретируются как рождение и уничтожение виртуальных частиц (См. Виртуальные частицы) (то есть частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются), или виртуальных квантов данного поля. Наличие флуктуаций не сказывается на значениях полного электрического заряда, спина и др. характеристик системы, которые, как уже говорилось, равны нулю в состоянии В. Однако виртуальные частицы точно так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные. Например, виртуальный фотон способен породить виртуальную пару электрон-позитрон, аналогично рождению реальным фотоном реальной электрон-позитронной пары (см. Аннигиляция и рождение пар). Благодаря флуктуациям В. приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах, и, следовательно, состояние В. обладает всеми правами «настоящих» физических состояний.

Рассмотрим систему, состоящую только из одного реального электрона. Реальных фотонов в такой системе нет, но флуктуации фотонного В. (этот термин и означает отсутствие реальных фотонов) приводят к возникновению «облака» виртуальных фотонов возле этого электрона, а вслед за ними — виртуальных пар электрон-позитрон. Такие пары проявляют себя подобно связанным зарядам в диэлектрике: под действием кулоновского поля реального электрона они поляризуются и экранируют (то есть эффективно уменьшают) заряд электрона. По аналогии с диэлектриком, эффект экранирования заряда виртуальными частицами называется поляризацией вакуума.

В результате поляризации В электрическое поле заряженной частицы на малых расстояниях от неё слегка отличается от кулоновского. Из-за этого, например, смещаются энергетические уровни ближайших к ядру электронов в атоме (см. Сдвиг уровней). Поляризация В. влияет и на поведение заряженных частиц в магнитном поле. Характеризующий это поведение магнитный момент частицы в итоге отличается от своего «нормального» значения, определяемого массой и спином частицы (см. Магнетон). Поправки как к уровням энергии, так и к магнитному моменту, составляют доли процента, и теоретически вычисленные значения с очень высокой точностью согласуются с измеренными на опыте.

Лит. см. при ст. Квантовая теория поля.

В. П. Павлов.

1. ва́куум;
2. ва́куумы;
3. ва́куума;
4. ва́куумов;
5. ва́кууму;
6. ва́куумам;
7. ва́куум;
8. ва́куумы;
9. ва́куумом;
10. ва́куумами;
11. ва́кууме;
12. ва́куумах.

ВА́КУУМ, -а, муж.

1. Состояние сильно разреженного газа при низком давлении (спец.).

2. перен. Полное отсутствие, острый недостаток чего-н. (книжн.). Духовный в. (моральная опустошённость).

| прил. вакуумный, -ая, -ое (к 1 знач.).

ВАКУУМ... и ВА́КУУМ-... Первая часть сложных слов со знач. относящийся к вакууму (в 1 знач.), напр. вакуумметр, вакуум-аппарат, вакуумкамера.

-а, м. физ., тех.

Состояние заключенного в сосуд газа, имеющего давление значительно ниже атмосферного.

[От лат. vacuum — пустота]

ВА́КУУМ, вакуума, муж. (лат. vacuum - пустое) (тех.). Состояние сильно разреженного воздуха внутри закрытого непроницаемого резервуара. В радиолампе вакуум достигает одной миллиардной доли атмосферы.

м.

1.

Состояние газа при давлении значительно ниже атмосферного.

отт. Среда, содержащая сильно разреженный газ.

2.

Пустота, возникшая в результате утраты чего-либо.

3.

Отсутствие или недостаточность кого-либо или чего-либо нужного, важного, обязательного.

ВАКУУМ (от лат. vacuum - пустота) - состояние газа при давлениях p, более низких, чем атмосферное. Различают низкий вакуум (в вакуумных приборах и установках ему соответствует область давлений p выше 100 Па), средний (0,1 Па " p " 100 Па), высокий (10-5 Па " p " 0,1 Па), и сверхвысокий (p " 10-5 Па). Понятие "вакуум" применимо к газу в откаченном объеме и в свободном пространстве, напр. к космосу.

ВАКУУМ в квантовой теории поля - низшее энергетическое состояние квантового поля. Среднее число частиц - квантов поля - в ваккуме равно нулю, однако в вакууме может происходить рождение виртуальных частиц, которые влияют на физические процессы (что обнаружено экспериментально).

ВАКУУМ (от латинского vacuum - пустота), состояние газа при давлениях p, более низких, чем атмосферное. Различают низкий вакуум (например, в вакуумных приборах), которому соответствует область давлений p>1 мм ртутного столба; средний: 10-3 мм ртутного столба

муж.;
физ. тех. vacuumм. физ., тех. vacuum ( pl. -cua, -ums);
~-насос м. vacuum-pump.

depression, vacuum environment, negative pressure, underpressure, vacuum

m.vacuum

вакуум м тех. Vaku|um ( '' v a: - ] n 1, pl -kua и -kuen; luftleerer Raum (безвоздушное пространство)

м тех.

Vakuum n, pl -kua и -kuen; luftleerer Raum(безвоздушное пространство)

м. физ., тех.

vide m

м. физ., тех.

vacío m, vacuo m

ва́куум аппара́т — bomba de vacío, bomba neumática

м.

1)vacuo, vuoto (pneumatico)

в вакууме — sotto vuoto (spinto)

2) перен. книжн.(полное отсутствие) vuoto

вакуум власти — vuoto di potere

ВАКУУМ

(от лат. vacuum — пустота), состояние газа при давлении меньше атмосферного. Понятие «В.» применяется к газу в замкнутом или откачиваемом сосуде, но нередко распространяется и на газ в свободном пр-ве, напр. к космосу. Степень В. определяют, измеряя величину давления остаточных газов. Физич. характеристикой В. является соотношение между длиной свободного пробега l молекул газа и размером d, характерным для каждого конкретного процесса или прибора (расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода, расстояние между электродами электровакуумного прибора и т. п.). Величина l равна отношению ср. скорости v молекулы к числу z столкновений, испытываемых ею за ед. времени; её можно выразить через радиус молекулы r и число молекул n в ед. объёма: l=0,056/r2n.

В зависимости от величины отношения l/d различают низкий В. l/d<-1), средний В. (l/d=1) и высокий В. (l/d->1). В обычных вакуумных установках и приборах (d»10 см) низкому В. соответствуют давления р>1 мм рт. ст., среднему В.— от 1 до 10-3 мм рт. ст. и высокому В.— р<10-3 мм рт. ст. В порах или каналах диам.=1 мкм высокий В.

соответствует р от десятков до сотен мм рт. ст., а в камерах для имитации косм. пр-ва размером в десятки м граница между средним и высоким В. достигала бы =10-5 мм рт. ст.

В сверхвысоком В. (р<10-8мм рт. ст.) не происходит заметного изменения св-в поверхности первоначально свободной от адсорбиров. газа, за время, существенное для данного процесса. Понятие сверхвысокого В. связано не с величиной отношения l/d, а со временем t, необходимым для образования мономол. слоя газа на поверхности тв. тела в В., к-рое обратно пропорц. давлению. При р=-10-6 мм рт. ст. t=1 с. При других давлениях оно может оцениваться по ф-ле: t=10-6/р, к-рая справедлива, если каждая молекула газа, соударяющаяся с поверхностью, остаётся на ней (коэфф. захвата 1). В большинстве случаев, однако, коэффициент захвата меньше 1, и т увеличивается.

Св-ва газа в низком В. определяются частыми столкновениями между молекулами газа в объёме, сопровождающимися обменом энергией. Поэтому течение газа в низком В. носит вязкостный хар-р, а явления переноса (теплопроводность, внутреннее трение, диффузия) характеризуются плавным изменением (или постоянством) градиента переносимой величины. Напр., темп-pa газа в пр-ве между горячей и холодной стенками в низком В. изменяется постепенно, и темп-pa газа у стенки близка к темп-ре стенки. При прохождении тока в низком В. определяющую роль играет ионизация молекул газа.

В высоком В. поведение газа определяется столкновениями его молекул со стенками или другими тв. телами; столкновения молекул друг с другом происходят редко и играют второстепенную роль. Движение молекул между тв. поверхностями происходит по прямолинейным траекториям (мол. режим течения). Явления переноса характеризуются скачком переносимой величины на границе; напр., во всём пр-ве между горячей и холодной стенками примерно половина молекул имеет скорость, соответствующую темп-ре холодной стенки, а остальные — скорость, соответствующую темп-ре горячей стенки, т. е. ср. темп-pa газа во всём пр-ве одинакова и отлична от темп-ры как горячей, так и холодной стенок. Кол-во переносимой величины (теплоты) прямо пропорц. р. Прохождение тока в высоком В. возможно в результате электронной эмиссии с электродов. Ионизация молекул газа существенна только в тех случаях, когда длина пробега эл-нов становится значительно больше расстояния между электродами. Это достигается при движении заряж. ч-ц по сложным траекториям, напр. в магн. поле, или при их колебат. движении ок. электрода. Св-ва газа в среднем В. явл. промежуточными.

ВАКУУМ, область чрезвычайно низкого давления. В межзвездном пространстве царит высокий вакуум, со средней плотностью менее 1 молекулы на кубический сантиметр. Самый разреженный вакуум, созданный человеком, - менее 100000 молекул на кубический сантиметр. Считается, что впервые вакуум создал в ртутном БАРОМЕТРЕ Эванджелиста ТОРРИЧЕЛЛИ. В 1650 г. немецкий физик Отто фон Герике (1602-86) изобрел первый вакуумный насос. Вакуум широко применяется в научных исследованиях и в промышленности. Пример такого применения - вакуумная упаковка продуктов питания.

ВАКУУМ

(от лат. vaccuum – пустота)

пустое пространство. См. также Horror vacui.

(от лат. vacuum - пустота), состояние газа при давлениях значительно ниже атмосферного. В разл. установках и устройствах низкому В. обычно соответствуют давления выше 100 Па, среднему - от 100 до 0,1 Па, высокому - от 0,1 до 10 мкПа; область еще более низких давлений относят к сверхвысокому В. Приборы, используемые для измерения низких давлений, наз. вакуумметрами.

ВА́КУУМ -а; м. [от лат. vacuum - пустота]

1. Физ., техн. Состояние сильно разрежённого газа при давлении ниже атмосферного. Сверхвысокий в.

2. чего и с опр. Полное отсутствие, недостаток чего-л.; пустота. В. власти. В. идей. Духовный в.

◁ Ва́куумный, -ая, -ое (1 зн.). В. манометр. В-ая плавка.

* * *

I

(от лат. vacuum — пустота), состояние газа при давлениях p, значительно более низких, чем атмосферное. Различают низкий вакуум (в вакуумных приборах и установках ему соответствует область давлений p>100 Па), средний (0,1 Па<p<100 Па), высокий (10^-5 Па<p<0,1 Па) и сверхвысокий (p<10^-5 Па). Понятие «вакуум» применимо к газу в откачанном объёме и в свободном пространстве, например к космосу.

II

в квантовой теории поля, низшее энергетическое состояние квантованного поля. Среднее число частиц — квантов поля — в вакууме равно нулю, однако в вакууме может происходить рождение виртуальных частиц, которые влияют на физические процессы (что обнаружено экспериментально).

(от лат.vaccuum — пустота)

1) пустое пространство (абсолютный вакуум), в котором отсутствуют реальные частицы, однако в нем могут существовать гравитационное, электромагнитное и др. физические поля;

2) состояние в некотором объеме, в котором находится газообразное вещество при очень малых давлениях (величина этого давления характеризует то, что называется глубиной вакуума (условное понятие));

3) (в квантовой теории поля) основное, наинизшее энергетическое состояние квантового поля, при котором среднее число частиц (квантов поля) равно нулю, но в нем может происходить виртуальное рождение частиц (виртуальных частиц) в соответствии с законом эквивалентности энергии и массы А. Эйнштейна (с возможным ненаблюдаемым, нерегистрируемым нарушением закона сохранения энергии), но с сохранением законов сохранения электрического заряда, спина и др. квантовых чисел, такое рождение частиц, которое имеет экспериментальные проявления. Например, т. н. лэмбовский сдвиг уровней в атоме водорода, установленный в опытах американских физиков Лэмба и Резерфорда (1947-1953).

(от лат. vacuum - пустота) в технике - состояние заключ. в сосуд газа, имеющего давление, значительно ниже атмосферного. Поведение газа в вакуумных устройствах определяется соотношением между длиной свободного пробега I молекул (или атомов) и размером d, характерным для данного прибора или процесса (напр., расстояние между стенками сосуда, диаметр трубопровода, расстояние между электродами). В зависимости от соотношения l и d различают В. низкий (д<<d), средний (l~d) и высокий (l>>d). В вакуумных приборах н установках с d ~ 10 см низкому В. обычно соответствует область давлений выше 100 Па, среднему - от 100 до 0,1 Па, высокому - от 0,1 Па до 10 мкПа. Область давлений ниже 10 мкПа относят к сверхвысокому В.

ВАКУУМ — (1) состояние газа при давлении существенно меньшем атмосферного. В зависимости от давления различают низкий, средний, высокий и сверхвысокий (космический) В. В. применяют в научных исследованиях, осветительных электролампах, электронных вакуумных приборах и др. случаях; (2) В. в квантовой теории физ. полей — основное низшее энергетическое состояние поля, при котором отсутствуют какие-либо реальные частицы, в т.ч. и кванты поля. Существуют и др. определения физ. и матем. В.