ВА́КУУМ

ВА́КУУМ (от лат. vacuum – пус­то­та), сре­да, пред­став­ляю­щая со­бой газ при дав­ле­нии су­ще­ст­вен­но ни­же ат­мо­сфер­но­го. По­ня­тие «В.» при­ме­ня­ет­ся обыч­но к га­зу в замк­ну­том со­су­де, но не­ред­ко оно рас­про­стра­ня­ет­ся и на газ в сво­бод­ном про­стран­ст­ве, напр. в кос­мо­се.

Фи­зич. про­цес­сы в В. за­ви­сят от со­от­но­ше­ния ме­ж­ду ср. дли­ной сво­бод­но­го про­бе­га $\lambda$ час­тиц га­за (мо­ле­кул, ато­мов) и раз­ме­ром $d$, ха­рак­тер­ным для кон­крет­но­го про­цес­са или при­бо­ра (рас­стоя­ние ме­ж­ду стен­ка­ми ва­ку­ум­ной ка­ме­ры, диа­метр ва­ку­ум­но­го тру­бо­про­во­да, рас­стоя­ние ме­ж­ду элек­тро­да­ми и т. п.). В за­ви­си­мо­сти от ве­ли­чи­ны от­но­ше­ния $\lambda/d$ раз­ли­ча­ют В. низ­кий $(\lambda /d \ll 1)$, сред­ний $(\lambda /d \approx 1)$ и вы­со­кий $(\lambda /d \gg 1)$. Обыч­но в ва­ку­ум­ных ус­та­нов­ках и при­бо­рах (с $d \approx$ 10 см) низ­ко­му В. со­от­ветст­ву­ет дав­ле­ние $p \gt$ 10² Па, сред­не­му – от 10² до 10^-1 Па, вы­со­ко­му – от 10^-1 до 10^-6 Па. Су­ще­ст­ву­ет так­же по­ня­тие сверх­вы­со­ко­го В. ($p \lt$ 10^–6 Па), ко­то­рое свя­за­но не с ве­ли­чи­ной от­но­ше­ния $\lambda/d$, а с вре­ме­нем $\tau$, не­об­хо­ди­мым для об­ра­зо­ва­ния мо­но­мо­ле­ку­ляр­но­го слоя га­за на по­верх­но­сти твёр­до­го те­ла, по­ме­щён­но­го в В. Ве­ли­чи­на $\tau$ об­рат­но про­порцио­наль­на дав­ле­нию $p$. При $p \lt$ 10^–6 Па $\tau$ мо­жет пре­вы­шать неск. де­сят­ков се­кунд.

В низ­ком В. свой­ст­ва га­за оп­ре­де­ля­ют­ся час­ты­ми столк­но­ве­ния­ми ме­ж­ду час­ти­ца­ми, со­про­во­ж­даю­щи­ми­ся об­ме­ном энер­ги­ей. По­это­му те­че­ния га­за в низ­ком В. но­сят вяз­ко­ст­ный ха­рак­тер, а яв­ле­ния пе­ре­но­са (те­п­ло­про­вод­ность, диф­фу­зия, внутр. тре­ние) ха­рак­те­ри­зу­ют­ся плав­ным из­ме­не­ни­ем (или по­сто­ян­ст­вом) гра­ди­ен­та пе­ре­но­си­мой ве­ли­чи­ны. При этом пе­ре­но­си­мое ко­ли­че­ст­во те­п­ло­ты или ве­ще­ст­ва не за­ви­сит от дав­ле­ния. При про­хо­ж­де­нии элек­трич. то­ка в низ­ком В. оп­ре­де­ляю­щую роль иг­ра­ет ио­ни­за­ция мо­ле­кул (или ато­мов) га­за в про­стран­ст­ве ме­ж­ду элек­тро­да­ми.

В вы­со­ком В. свой­ст­ва га­за оп­ре­де­ля­ют­ся столк­но­ве­ния­ми час­тиц со стен­ка­ми. Ме­ж­ду эти­ми со­уда­ре­ния­ми час­ти­цы дви­жут­ся пря­мо­ли­ней­но, не стал­ки­ва­ясь друг с дру­гом (мо­ле­ку­ляр­ный ре­жим те­че­ния). Яв­ле­ния пе­ре­но­са ха­рак­те­ри­зу­ют­ся воз­ник­но­ве­ни­ем скач­ка гра­ди­ен­та пе­ре­но­си­мой ве­ли­чи­ны на стен­ках. Ко­ли­че­ст­во пе­ре­но­си­мой те­п­ло­ты или ве­ще­ст­ва пря­мо про­пор­цио­наль­но дав­ле­нию. Про­хо­ж­де­ние то­ка в вы­со­ком В. воз­мож­но в ре­зуль­та­те ис­пус­ка­ния (эмис­сии) элек­тро­нов и ио­нов элек­тро­да­ми. Ио­ни­за­ция мо­ле­кул (или ато­мов) га­за в вы­со­ком В. име­ет су­ще­ст­вен­ное зна­че­ние толь­ко в тех слу­ча­ях, ко­гда дли­на сво­бод­но­го про­бе­га за­ря­жен­ных час­тиц ста­но­вит­ся зна­чи­тель­но боль­ше рас­стоя­ния ме­ж­ду элек­тро­да­ми (напр., при дви­же­нии за­ря­жен­ных час­тиц по слож­ным тра­ек­то­ри­ям в маг­нит­ном по­ле). Свой­ст­ва га­за в сред­нем В. яв­ля­ют­ся про­ме­жу­точ­ны­ми ме­ж­ду его свой­ст­ва­ми в низ­ком и вы­со­ком ва­куу­ме.

В. яв­ля­ет­ся ра­бо­чей сре­дой во мн. элек­трон­ных при­бо­рах и уст­рой­ст­вах. Для соз­да­ния В. в та­ких при­бо­рах про­из­во­дят от­кач­ку га­за из ра­бо­че­го объ­ё­ма (см. Ва­ку­ум­ный на­сос), для под­дер­жа­ния В. в при­бо­рах пре­ду­смот­ре­ны спец. га­зо­по­гло­ти­те­ли (гет­те­ры). Дав­ле­ние га­за в В. из­ме­ря­ет­ся с по­мо­щью ва­ку­ум­мет­ра. В. ис­поль­зу­ет­ся в ка­че­ст­ве тех­но­ло­гич. сре­ды при очи­ст­ке ве­ществ от при­ме­сей, вы­ра­щи­ва­нии кри­стал­лов, на­пы­ле­нии плё­нок и др.