Слово «вакуум» в переводе с латыни свидетельствует «пустота». В природе не бывает безотносительной пустоты — кроме того в космосе имеется небольшие частицы вещества, молекулы и атомы. А вакуумом принято именовать количество пространства, в котором находится газ под низким давлением, в тысячи и сотни раз ниже атмосферного. На поверхности Почвы в естественных условиях такое состояние нереально, исходя из этого вакуум приходится создавать искусственно, посредством методов и средств вакуумной техники.
По величине разрежения газа различают 4 вида, либо степени, вакуума: низкий вакуум, в то время, когда газ находится под давлением ниже атмосферного, но не меньше 102 Па («1 мм рт. ст.); средний вакуум — от 102_до 10-1 Па; большой вакуум — от 10-1 до 10-6 Па и, наконец, очень высокий вакуум — при давлениях газа ниже 10-6 Па (10-8 мм рт. ст.). самая высокая степень вакуума, которой удается достигнуть существующими способами, соответствует давлениям порядка 10-13—10-14 Па (10-15 — 10-16 мм рт. ст.). Наряду с этим в количестве, равном 1 см3, насчитывается всего пара десятков молекул.
Чтобы получить вакуум в каком-нибудь закрытом сосуде, значительно чаще стеклянном либо железном, из него откачивают газ посредством вакуумного насоса. Насосы бывают различных типов, причем выбирается тип насоса в зависимости от степени вакуума.
Для низкого вакуума оптимальнее применять механические насосы. Самый простой среди них — поршневой насос, что устроен подобно простому, к примеру велосипедному, насосу, лишь действует он прямо противоположно — поршень не нагнетает газ в количество, а отсасывает его из сосуда и производит в воздух. В противном случае устроен вращательный механический насос. Его главный элемент — эксцентрично расположенный ротор, в прорезях которого помещены подвижные пластины. При вращении пластины прижимаются к внутренней поверхности камеры, захватывают газ, поступающий через входное отверстие, и выталкивают его через выходное.
Механическими насосами удается взять разреженный газ с давлением около 1 Па, т. е. средний вакуум. А как быть, в случае, если нужен большой вакуум? На смену механическим приходят струйные насосы. Рабочий элемент для того чтобы насоса 4 — сильная струя жидкости либо газа, которая захватывает молекулы газа, поступающие из откачиваемого количества, и уносит их с собой. Посредством лучших струйных насосов — паромасляных, в которых трудится струя паров масла, — удается приобретать большой вакуум с давлением до 10-6 Па.
Для очень высокого вакуума используют последовательность особых методов и приборов, цель которых — вылавливать из количества, в буквальном смысле, молекулу за молекулой, повышая понемногу степень разрежения газа.
Для этого применяют свойство некоторых веществ, к примеру металлов — титана, циркония, молибдена, поглощать газы. Это явление именуется сорбцией, а устройства, основанные на нем, — сорбционными насосами.
Не считая насосов в арсенале вакуумной техники ответственное место занимают вакуумметры — устройства для измерения степени разрежения газа, либо давления. Несложный из них — жидкостный U-образный вакуумметр 3, воображающий собой изогнутую в виде латинской буквы U стеклянную трубку, заполненную жидкостью. Одним финишем вакуумметр присоединен к сосуду, в котором необходимо измерить давление, второй финиш трубки открыт либо запаян. В случае, если плотность жидкости ?, то разность давления в коленах трубки уравновесится столбом жидкости высотой h:PB-PK = g?h, где g — ускорение свободного падения. В случае, если вольный финиш трубки не запаян, то PК = Ратм в случае, если запаян, то РК=0. Из этого легко отыскать давление Рв в сосуде. В качестве рабочей жидкости значительно чаще применяют ртуть либо особые вакуумные масла с низким выделением молекул с поверхности жидкости в вакуумный количество. Посредством для того чтобы вакуумметра возможно измерять давления до 10-1 Па.
Самый правильны и универсальны ионизационные вакуумметры. С их помощью давление газа возможно измерять в весьма широком диапазоне — от 10-5 до 10-12 Па. Принцип действия одного из них — электронного вакуумметра 5 пребывает в следующем. Между катодом К и анодом А создается сильное электрическое поле. Свободные электроны, в любой момент имеющиеся в газе, попадая в это поле, набирают энергию и, сталкиваясь с атомами газа, превращают их в хорошие ионы. Отрицательный электрод — коллектор Кол — притягивает к себе эти ионы, причем, чем ниже давление газа, тем меньше ионов будет планировать на коллекторе. Измеряя силу этого ионного тока, возможно весьма определить давление газа.
Особенное внимание в вакуумной технике уделяется подбору материалов для вакуумных конструкций. Материалы эти должны владеть по возможности низкой газопроницаемостью и низким собственным газовыделением. Среди лучших конструкционных материалов — металлы, стекло, такие синтетические материалы, как фторопласт, полиэтилен, полиамид.
С получением большого вакуума связано массовое производство электровакуумных устройств — от осветительных ламп до кинескопов всех размеров. Большой вакуум нужен и физикам: разогнать элементарные частицы до высоких энергий возможно только в том случае, если на их пути в ускорительной камере будет как возможно меньше молекул и посторонних атомов. В вакууме оптимальнее удается наносить равномерные металлизированные покрытия на разные материалы, дабы изготавливать зеркала и елочные игрушки, отражатели автомобильных фар и прожекторов. В металлургии при пониженном давлении газа (около 10-2 Па) легче всего очистить расплавленный металл от ненужных газов и примесей.
Без вакуум-аппаратов немыслима современная пищевая индустрия. На молочных фабриках в огромных, высотой с двухэтажный дом, вакуум-аппаратах молоко нагревается от труб с паром и благодаря пониженному давлению кипит при относительно низкой температуре (около 50° С). Так приобретают сгущенное молоко, сохраняющее наряду с этим вкусовые качества и ценные свойства натурального молока. Посредством вакуум-аппаратов на свеклосахарных фабриках выпаривают сироп, превращая его в белые кристаллики сахара. Через вакуум проходят и многие другие пищевые продукты при консервировании (см. Консервный завод).
Наконец, огромное значение играется вакуумная техника в производстве космических аппаратов. Так как космос — это безбрежный океан вакуума. И потому так нужно подвергнуть самым строгим опробованиям на вакуумных стендах в земных лабораториях все узлы, приборы и механизмы космического корабля, перед тем как послать его в плавание по вакууму космического пространства.