Fizika DU TSC
Nākamais: 1.3. Atsūknēšanas procesa teorija Augstāk: 1. Vakuuma fizika Iepriekšējais: 1.1. Galvenie jēdzieni

1.2. Vakuuma pakāpes

No iepriekš teiktā zinām, ka vakuuma definīcijā svarīga loma ir molekulu brīvā ceļa garumam ar kura palīdzību mēs varam definēt dažādas vakuuma pakāpes . Bet sakarā ar to, ka molekulas kustās haotiski, vienas molekulas ceļš no sadursmes līdz sadursmei būs ļoti dažāds. Taču pēc analoģijas ar vidējiem molekulu ātrumiem, mēs varam atrast vidējo molekulu brīvā ceļa garumu $\lambda$ . Saskaņā ar kinētisko teoriju to var izteikt:

$$\lambda=\frac{1}{\sqrt{2}\pi n \sigma^2 (1+\frac{C}{T})},$$ (1.10)

kur $\sigma$ - molekulas efektīvais diametrs, $C$ - konstante, kas atkarīga no gāzes veida.

Ir redzams, ka $\lambda$ ir apgriezti proporcionāls molekulu koncentrācijai $n$ un molekulas efektīvajam diametram, kuru raksturo lielums $\pi \sigma^2$. Reizinātājā $(1+\frac{C}{T})$ tiek ņemta vērā molekulu efektīvā diametra samazināšanās pieaugot temperatūrai, kā rezultātā palielinās vidējais brīvā ceļa garums. No (1.10) arī redzams, ka $\lambda$ ir apgriezti proporcionāls molekulu koncentrācijai $n$. Ja temperatūra nemainās, tad $\lambda$ ir apgriezti proporcionāls arī spiedienam $p$, bet reizinājums $\lambda p$ ir konstants:

$$\lambda p=\lambda'.$$ (1.11)

Ir redzams, ka $\lambda'$ ir vidējais molekulu brīvā ceļa garums, ja $p=1$.

Ja vakuumkamerā tiek veikta gāzes atsūknēšana, tad samazinās spiediens un, no (1.10) un (1.11) redzams, ka arī vidējais molekulu brīvā ceļa garums. Var iestāties tāds brīdis, kad $\lambda$ kļūst lielāks par attālumu starp kameras sienām $d$. Ja $\lambda\gg d$, tad molukelas bez sadursmēm var nolidot no vienas kameras sienas līdz otrai. Acīmredzot, jo mazāks ir attālums $d$ starp kameras sienām, jo ātrāk, t.i., pie lielāka spiediena, šāds stāvoklis iestājas.

Daudzas svarīgas gāzu īpašības ir stipri atkarīgas no attiecības $\lambda/d$, kur $d$ ir tas lineārais izmērs, kas katrā atsevišķā gadījumā ir svarīgākais.

Šī attiecība ir pamatā arī vakuuma pakāpju definēšanā. Vakuumtehnikā izšķir trīs vakuuma pakāpes:

• zems vakuums - vidējais molekulu brīvā ceļa garums ir daudzkārt mazāks par kameras izmēriem ( $\lambda\ll d$);
• vidējs vakuums - vidējais molekulu brīvā ceļa garums ir samērams ar kameras izmēriem;
• augsts vakuums - vidējais molekulu brīvā ceļa garums ir daudzkārt lielāks par kameras izmēriem ( $\lambda\gg d$);

No šīm definīcijām redzams, ka vakuuma pakāpes ir relatīvs jēdziens, jo vienam un tam pašam spiedienam var atbilst dažādi brīvā ceļa garumi. Piemēram, ja gaiss nokļūst telpā, kuras lineārie izmēri ir mazāki par 0,06 $\mu$m, tad, pat ja šajā traukā ir atmosfēras spiediens, gāze uzvedīsies kā augsta vakuuma gadījumā. Tas var notikt kāda materiāla porās. Un otrādi - jo lielāki ir trauka izmēri, jo zemāks spiediens ir nepieciešams, lai iegūtu augstu vakuumu.

Tiek lietots arī jēdziens ultraaugsts vakuums - spiedienu diapazons virs $10^{-9}$ Torr.

Fizika DU TSC
Nākamais: 1.3. Atsūknēšanas procesa teorija Augstāk: 1. Vakuuma fizika Iepriekšējais: 1.1. Galvenie jēdzieni