1.5.2. Причина невозможности абсолютного вакуума

Существует еще одна, причем более серьезная, причина того, чтобы абсолютный вакуум был практически недостижим. У всех насосов есть так называемый «обратный поток». Как будто ковш объемом Uм³, которым мы один раз в секунду черпаем из нашего сосуда, вносится туда не совсем пустым. Например, можно считать, что обратно в сосуд вносятся молекулы, выделяющиеся со стенок самого насоса. При откры­вании ковша принесенные в нем молекулы тут же вылетают в объем и смешиваются с теми, которые там уже есть. Уменьшение концентрации молекул в сосуде прекратится тогда, когда количество приносимых и уносимых молекул будет оди­наково.

Кроме этого, у вакуумных насосов есть, как и у любого предмета, масса, габариты, стоимость и надежность, а для рабо­ты им необходимы, как и многим приборам, вода, электроэнер­гия, сжиженные газы, масла и т. п. В тех случаях, когда требо­вания к основным («рабочим») характеристикам не слишком высоки, габариты или энергопотребление оказываются решаю­щими факторами.

Все насосы можно разделить на две группы: насосы, удаляющие молекулы газа из объема наружу, и насосы, осаждающие эти молекулы на свои стенки.

Рассмотрим насосы, удаляющие молекулы газа из объема. При работе этого насоса учитывается такое важное свойство молекул газа, как их свободное хаотическое движение и способность заполнять весь предоставляемый им объем. Пусть имеется какое-то количество газа. Независимо от того, в какой объем (сосуд) мы их «заталкиваем», молекулы газа рас­пределяются равномерно по всему объему данного сосуда. Поэтому одно и то же количество молекул газа можно разместить в разных объемах, но при этом концентраций будут разные — чем больше объем, тем меньше концентрация, тем газ становится разреженнее. Именно таким путем был получен разреженный газ Ктесибием еще в I веке до н. э. (рис. 3).

Но нельзя же увеличивать объем до бесконечности, чтобы все больше и больше разрежать газ, т. е. получать все более и более высокий вакуум. Можно, скажем, с помощью каких-то механизмов — клапанов или затворов — периодически откры­вать и закрывать сосуд, пре­доставляя газу возможность выходить из сосуда, а новым порциям газа перекрывать доступ снаружи в сосуд, т. е. сделать процесс расширения газа периодическим. Это и было сделано в так называемом меха­ническом насосе (рис. 4).

Устроен и работает этот насос так. Лопатки 1 и 2 пружи­ной 7, проходящей через ротор 8, прижаты к стенкам корпуса 9, трение происходит, конечно, не «всухую», все поверхности смазаны маслом. Когда лопатка 1 идет вниз, откачиваемый объем расширяется и дополнительное место 3 заполняется молекулами газа. Потом лопатка 2 отсечет расширенную часть, а захваченная между лопатками порция газа 4 бу­дет транспортироваться к выходу, где она вытеснится на­ружу 5.

Существует несколько конструкций механических насосов, на­пример пластины могут располагаться не на роторе (под­вижной части), а на корпусе. Что же до объема 6, то лопатка отсекает его от выпускного отверстия и перегоняет содержащийся в нем газ — увы! — обратно в объем, из которого он откачивается. Это и есть «обратный поток» газа из насоса в откачиваемый объем.