Что такое вакуум
На вопрос «что такое вакуум?» обычно отвечают: «пространство с разреженным воздухом» или «пространство внутри сосуда, из которого выкачан воздух».
Можно ли удовлетвориться подобными ответами? Всякую ли степень разрежения можно назвать вакуумом и находится ли степень вакуума в какой-либо связи с атмосферным давлением?
Действительно, предположим, что в баллоне воздух разрежен в 10 000 раз по сравнению с его плотностью при нормальном атмосферном давлении, т. е. давление внутри баллона равно 0,076 мм ртутного столба. Будет ли в баллоне вакуум? И можем ли мы продолжать считать, что в баллоне вакуум, если этот баллон поднят на высоту 100 км над поверхностью земли, где давление воздуха составляет всего 0,007 мм ртутного столба? Ведь в этом случае плотность воздуха внутри баллона станет в 10 раз большей, чем снаружи. Если баллон непрочен, то его разорвет, как бомбу. Где же теперь будет вакуум — внутри баллона или снаружи?
Современная физика связывает понятие вакуума не с величиной давления вне или внутри сосуда, а с длиной свободного пробега молекул газа внутри него. Молекулы газов находятся в беспрерывном хаотическом тепловом движении, достигающем больших скоростей: при комнатной температуре скорость теплового движения молекул воздуха составляет около 450 м в секунду, т. е. приближается к скорости пули. Двигаясь во всех направлениях, молекулы постоянно сталкиваются друг с другом. Чем плотнее воздух, тем больше молекул заключается в единице объема и тем чаще молекулы будут сталкиваться.
Если воздух разредить, то молекулы будут сталкиваться менее часто. В среднем им придется пролетать больший путь между двумя столкновениями. Путь, который молекуле приходится пролетать между двумя столкновениями, и называется длиной свободного пробега.
Вакуумом с физической точки зрения считается такое разрежение, при котором длина свободного пробега больше размеров сосуда. В этом случае столкновения молекул будут редки, большая часть молекул в своем движении от одной стенки сосуда до другой не встретится с другими молекулами.
При разрежении в миллион раз (при давлении порядка 0,001 мм) средняя длина свободного пробега молекулы воздуха- равна 10 см. Так как размеры баллона
обычных приемно-усилительных ламп меньше 10 см, то с точки зрения физики пространство внутри этих ламп уже при подобном разрежении можно считать вакуумом.
Но для хорошей работы лампы такая степень вакуума недостаточна. Электроны, в огромном количестве летящие от катода лампы к ее аноду, будут все же встречать на своем пути довольно много молекул воздуха, столкновения электронов с ними будут часты. В результате этих столкновений молекулы воздуха ионизируются, анодный ток резко возрастает, положительные ионы оседают на отрицательно заряженной сетке, изменяют ее заряд, а следовательно, и характер работы лампы. В приемниках и усилителях это, в частности, приводит к сильным искажениям. Поэтому в радиолампах добиваются значительно большего разрежения, доходящего обычно до 10?? мм (0,0000001 мм), т. е. давление понижается примерно в десять миллиардов раз по сравнению с нормальным атмосферным давлением. При таком разрежении длина свободного пробега молекул измеряется километрами, и на пути от катода к аноду примерно лишь один электрон из миллиона может встретиться с молекулой воздуха. Столь редкие столкновения не могут вредно отразиться на работе лампы.
Таким образом, степень вакуума можно характеризовать отношением средней длины пробега молекул газа к размерам баллона.
Метки: Электронные лампы