Соударения молекул и поток газа

В случае низкого вакуума путь, описываемый любой молекулой газа (рис. 1.3 и 1.4), представляет собой пространственную ломаную линию, обусловленную столкновениями со встречными молекулами. При взаимных столкновениях молекулы меняют скорости по закону упругого удара.
Стенки сосуда полностью покрыты слоем адсорбированных молекул газа, т. е. молекул, которые, ударившись о стенку сосуда, остаются на ней как бы в сконденсированном состоянии.
Хотя эти молекулы удерживаются на поверхности лишь очень недолгое время и непрерывно испаряются, тем не менее они вследствие малой длины свободного пути, отлетев от стенки, практически немедленно сталкиваются с другими молекулами газа; благодаря этим столкновениям на месте испарившихся молекул газа снова адсорбируются или те же, или новые молекулы, получившие направление на стенку. Таким образом, в условиях низкого вакуума на стенках сосуда постоянно поддерживается адсорбированный слой газа.

	Рис. 1.4. Путь молекулы газа в условиях высокого вакуума (λ» d): 1 — исходное положение молекулы; 2, 3 и т. д. — места неупругих ударов молекулы о стенки сосуда (точки взяты преднамеренно только в плоскости чертежа); столкновений с другими молекулами нет

В случае высокого вакуума ввиду отсутствия столкновений путь каждой молекулы (рис. 1.4) представляет собой прямую линию между двумя точками на стенках сосуда, в которые последовательно ударяется молекула. Отдельные молекулы движутся совершенно независимо друг от друга, без взаимных столкновений.
Благодаря тому, что при испарении адсорбированной молекулы движению последней не препятствуют столкновения с другими молекулами, значительная часть и даже вся стенка может освободиться от адсорбированного слоя.
Если в сосуд помещен источник пара, например, в виде небольшого кусочка твердого вещества, заметно испаряющегося при его нагревании, то атомы, покидая его поверхность, рано или поздно в результате теплового движения достигают холодных стенок и конденсируются на них в виде налета.
Однако в условиях низкого вакуума вследствие столкновений со встречными молекулами газа испарившиеся атомы пара частично снова возвращаются на поверхность источника. Этот возврат проявляется, очевидно, тем в большей мере, чем чаще столкновения, т. е. скорость испарения тем меньше, чем меньше λ 
Атомы испаряющегося вещества, не возвратившиеся на его поверхность, продолжают свое движение по пространственной ломаной линии; атом пара может сконденсироваться на любом месте стенки и на любой стороне экрана.
В условиях же высокого вакуума, ввиду отсутствия столкновений с молекулами газа, возврат испарившихся атомов невозможен. Атом пара, оторвавшись в каком-либо направлении от кусочка нагретого вещества, не меняет уже более своего направления вплоть до удара о стенку сосуда или экрана, где он и конденсируется. В связи с этим, очевидно, скорость испарения в высоком вакууме является максимально возможной (для данной температуры испаряющегося вещества).
Наряду с этим становится понятным, почему только в условиях высокого вакуума можно создать молекулярный (или определенно направленный) поток пара и именно в высоком вакууме можно получить от экрана так называемую молекулярную тень, т. е. резко очерченный участок стенки сосуда, воспроизводящий изображение экрана. Налет от сконденсировавшегося пара может получиться только на стороне экрана, обращенной к источнику пара.
На принципе молекулярного потока, т. е. испарения вещества в высоком вакууме, основаны способы покрытия поверхностей металлическими пленками (например, получение пленки газопоглотителя в колбе электровакуумного прибора, алюминирование экранов электронно-лучевых трубок, зеркализация отражателей в осветительных приборах и т. п.).