1. Характеристика вещества в - газообразном состоянии в условиях вакуума

Под газообразным состоянием вещества понимается такое его состояние, которое характеризуется значительной подвижностью частиц. Вещество в газообразном состоянии вследствие большой подвижности молекул газа не может иметь определенного объема и формы; оно занимает всегда весь объем и имеет форму сосуда, в котором находится.

Давление газа в закрытом сосуде различно. В физике и технике принято называть вакуумом такое состояние газа, когда его давление меньше атмосферного. Наименьшее достигнутое в настоящее время давление составляет 10^-13 мм рт. ст., наименьшее давление, применяемое в промышленных условиях, 10~9 мм рт. ст. Весь диапазон давлений от атмосферного до наименьшего достигаемого делится на области низкого, среднего, высокого и сверхвысокого вакуума (табл. 1). Сверхвысокий вакуум применяется в промышленности при проведении ядерных реакций, напылении тонких пленок, создании особо чистых поверхностей, для воспроизведения условий космоса и во многих других областях современной техники.

Основным критерием для характеристики вакуумного режима течения газа в аппарате является отношение средней длины свободного

Таблица 1

пробега молекул газа Л к характерному размеру аппарата d, так называемый критерий Кнудсена:

(1)

В зависимости от величины отношения (1) различают режимы течения газа: молекулярный, когда средняя длина свободного пробега молекул значительно больше характерного размера аппарата, или Kn > 1; вязкостный, когда средняя длина свободного пробега значительно меньше характерного • размера аппарата, или Kn <С 1.

Промежуточное состояние газа характеризуется так называемым молекулярно-вязкостным режимом течения.

Таким образом, при молекулярном режиме течения газа определяющими являются столкновения молекул газа со стенками, а столкновений их одна с другой практически нет. Каждая молекула движется прямолинейно от стенки к стенке. При вязкостном режиме состояние газа приближается к состоянию, описываемому законами газовой динамики.

Давление может быть выражено в различных единицах. Для давлений, близких к атмосферному, пользуются величиной вакуума, выра,-жаемой в процентах от атмосферного давления; при более низких давлениях удобнее пользоваться абсолютными единицами. Различные единицы давления и соотношения между ними приведены в табл. 2 и на рис. 1.

Для перевода заданной величины давления из одних единиц в другие достаточно провести на рис. 1 горизонтальную прямую через известное значение давления. Тогда точки пересечения этой горизонтали с вертикальными линиями будут выражать заданное давление в соответствующих единицах.

Следует обратить внимание на то, что при давлении —10^-13 мм рт. ст. число молекул газа в единице объема достаточно велико и можно еще пользоваться такими макроскопическими понятиями, как температура и давление газа, которые являются среднестатистическим результатом многочисленных столкновений молекул с твердой поверхностью.