1.7.3. Измерение вакуумметром

Влияние вакуумметра на вакуум может быть двояко: по­средством газовыделения он может вакуум ухудшить, посред­ством откачки (почти все вакуумметры откачивают газ как насосы) он может вакуум улучшить. Может он вести себя и хитрее — одни газы откачивать, а другие выделять.

Для градуирования вакуумметров было бы удобно исполь­зовать какие-нибудь эффекты, возникающие при определенном вакууме (как, например, плавление кристалла при определенной температуре). Но подобные эффекты в вакууме неизвестны. Нельзя ли воспользоваться непосредственно определением дав­ления как отношения силы к площади? Конечно, можно, но малые силы измерять трудно, поэтому и высокий вакуум (низкое давление) таким способом измерить нельзя. Как же выйти из этого положения? Чтобы ответить на этот вопрос, приведем такой пример. Пусть у нас имеется гиря в 1 кг и надо проверить, правильно ли измеряют весы массу в 0,5 кг. Как это сделать? Поступим так: взвесим 1 кг чего-либо, что хорошо делится на части (песок, вода), разделим этот 1 кг пополам (это можно сделать даже на весах вообще без делений), и вот «гиря» в 0,5 кг готова.

Аналогично можно действовать и при измерении вакуума. Возьмем два объема — V_xи V₂, создадим в объеме V₁давление газа Р|, которое измерим отградуированным ранее вакуум­метром, а из объема V₂откачаем газ и создадим в нем высокий вакуум (рис. 7). Потом соединим объемы V_xи V₂, и в системе установится давление Р = PiV_l/(V₁ + V₂). Итак, мы нашли способ превратить известное, но большее давление P_tв извест­ное (если известны V₁и V₂) и притом меньшее давление Р (Р < Pj). Зная это меньшее давление, можно получить еще меньшее, и т. д. Следовательно, можно отградуировать лю­бой вакуумметр, т. е. установить, какому именно вакууму соответствуют разные показания этого вакуумметра. Увы, у этого метода, как и у любого другого, есть погреш­ности. Основной их источник — сорбция на стенках, т. е. прилипание к ним молекул газа. Когда газ из сосуда V_tперетекает в сосуд V₂, часть его прилипает к стенкам, причем иногда мы даже не знаем, какая именно это часть.

*) До тех пор, пока выполняется условие Р₀ Р.

Другой метод получения известных меньших давлений из больших выглядит так. Пусть в объеме создан вакуум с дав­лением Р и открыто маленькое отверстие в сосуд с давле­нием Р₀ (Р₀ »Р). Тогда из сосуда с давлением Р₀ в сосуд с давлением Р начнут попадать молекулы; количество молекул, проникающих из сосуда в сосуд в единицу времени, будет на первых порах *) постоянно, значит, общее количество молекул в сосуде будет изменяться линейно, и следовательно, давление тоже будет изменяться пропорционально времени. Поэтому, если, например, через время t вакуум оказался таким, что отградуированный ранее вакуумметр показал давление Р, то в момент времени ОДг вакуум был ОДР, в момент 0,01f — 0,01Р и т. д. Зная эти давления, мы можем отградуировать любой другой вакуумметр.