Степени вакуума

Так как при неизменной температуре средняя длина свободного пути обратно пропорциональна давлению газа, то, очевидно, по мере удаления газа из сосуда и, следовательно, по мере увеличения средней длины свободного пути может наступить такой момент, когда взаимные столкновения между молекулами газа практически прекращаются и молекулы без столкновений по прямой линии перелетают с одного участка стенки сосуда на другой.
Как показали исследования свойств газа при различных давлениях, многие весьма важные свойства газа и явления, происходящие в газовой среде, сильно различаются в зависимости от того, преобладают ли удары молекул о стенки или взаимные столкновения между молекулами. На основании этого можно заранее предсказать поведение газа. Но каждый раз подсчитывать и сравнивать количество ударов молекул о стенку и количество взаимных столкновений было бы затруднительно. Несложные вычисления показывают, что вместо этого достаточно провести сравнение между средней длиной свободного пути и тем характерным линейным размером d (внутри сосуда, содержащего газ), который играет главную роль в рассматриваемом случае.
Соотношение между λ и d кладется в основу определения степеней вакуума. В вакуумной технике различают четыре основные степени вакуума. Область давлений, когда средняя длина свободного пути молекул много меньше характеристических размеров вакуумного объема, носит название «низкий вакуум».
Промежуточное состояние, когда λ и d по своей протяженности разнятся несущественно, называется средним вакуумом/
Физически при низком вакууме λ « d обмен энергией происходит исключительно между ближайшими молекулами. Такие условия проявляются в виде вязкости газа, а соответствующие процессы называются вязкостными.
Область давлений, когда средняя длина свободного пути молекул примерно равна характеристическим размерам вакуумного объема, получила название среднего вакуума. В этом диапазоне давлений столкновения молекул со стенками и друг с другом равновероятны. Средний вакуум отвечает λ ~ d.
В области высокого и сверхвысокого вакуума средняя длина свободного пути молекул много больше размеров вакуумного объема и молекулы преимущественно сталкиваются со стенками сосуда. В этом случае каждая молекула выступает индивидуально, а процессы в газах называются молекулярными. В высоком вакууме λ » d.

 
Рис. 1.2. Условное деление областей вакуума

Области сверхвысокого вакуума отличаются тем, что за характерное время рабочего процесса не происходит заметного изменения свойств поверхности, связанного с адсорбцией остаточных газов. Области давлений, обычно соответствующие тому или иному вакууму, представлены на рис. 1.2.