Вакуум

Вакуум
	Вакуум
Тығыҙлыҡ	0 килограмм на кубический метр
Һыныусанлыҡ күрһәткесе	1
Относительная диэлектрическая проницаемость	1
Relative permeability	1
Өлөшләтә тура килә	пустота[d]
	Вакуум Викимилектә

Ва́куум (лат. vacuus — ҡыуыш, буш) — матдәләрҙән таҙартылған бушлыҡ. Техникала һәм ғәмәли физикала вакуум тип атмосфера баҫымынан күпкә кәм булған баҫымлы газ булған мөхиткә ҡарата әйтәлә ^[1].

Вакуум λ газ молекулаларының ирекле йүгереү оҙонлоғо һәм мөхиттең характерлы ҙуплығы d араһындағы нисбәт аша ҡылыҡһырлана. d ул вакуум камераһының стеналары араһы, вакуумлы үткәргес торбаның диаметры һ.б. тип ҡабул ителеүе мөмкин; λ/d нисбәте дәүмәленә ҡарап түбән ( $\lambda /d\ll 1$ ), уртаса ( $\lambda /d\sim 1$ ) һәм юғары ( $\lambda /d\gg 1$ ) вакуумға бүлеп йөрөтәләр.

Техник вакуум

Киҫелештә турбомолекуляр насос.

Ғәмәлдә үтә ныҡ һирәкләнгән газды техник вакуум тип атайҙар. Ғәмәлдә макроскопик күләмдәрҙә идеаль вакуумды булдырыу мөмкин булмаясаҡ, сөнки һуңғы температурала бөтә материалдар ҙа туйындырылған парҙарҙың нулгә етмәгән тығыҙлығына эйә. Бынан тыш, күп кенә материалдар (атап әйткәндә, ҡалын металл, быяла һәм һауыттарҙың башҡа стеналары) газ үткәрә. Ләкин, микроскопик күләмдәрҙә идеаль вакуумға ирешергә мөмкин.

Вакуумдың һирәкләнеү дәрәжәһе - $\lambda$ газ молекулаларының газда үҙ-ара бәрелешеүе һәм газ урынлашҡан һауыттың һыҙыҡлы дәүмәле бәрелешеүе менән бәйле ирекле йөрөгән юлының һәм газ булған һауыттың оҙонлоғона бәйле. Ҡәтғи әйткәндә, һауыттағы йәки үткәргес торбалағы газдың тирә-яҡ атмосфералағыға ҡарағанда түбәнерәк баҫымын техник вакуум тип атайҙар. Икенсе билдәләмә буйынса, газ молекулалары йәки атомдары бер-береһенә бәрелеүҙән туҡтағанда һәм газ-динамик үҙенсәлектәре 1 мм рт.ст.), 1 см³)ға ( $\lambda \ll d$ ; 10¹⁶ молекула ҡуйылығы менән алмашынғанда, түбән вакуумға өлгәшеү тураһында һөйләп була. 1 см3 1016 молекула. Ғәҙәттә атмосфера һауаһы менән юғары вакуумлы насос араһында, алдан һирәкләнеү барлыҡҡа килтереп, форвакуум насосы тора, шуға күрә түбән вакуумды йыш ҡына форвакуум тип атайҙар. Артабан камерала баҫым түбәнәйгәндә газ молекулаларының ирекле йүгереүенең уртаса оҙонлоғо $\lambda$ арта; $\lambda /d\gg 1$ да газдың молекулалары, бер-береһенә ҡарағанда, стеналар менән йышыраҡ төртөлөшә. Был осраҡта юғары вакуум (10⁻⁵ мм рт.ст.; 1 см³)ға 10¹¹ молекула тураһында һөйләйҙәр. Бик юғары вакуум 10⁻⁹ мм рт.ст. һәм түбәнерәк баҫымға тап килә. Бик юғары вакуумда, мәҫәлән, ғәҙәттә сканерлаусы туннель микроскобы ҡулланылған эксперименттар үткәрелә. Сағыштырыу өсөн, йыһандағы баҫым күпмелер түбәнерәк - 1 см³ға 10⁹ молекула (куб сантиметрҙа миллиард молекула), алыҫ йыһанда иһә 10⁻¹⁶ мм рт.ст. һәм түбәнерәккә — 1 см³)ға (1 молекулаға барып етеүе мөмкин^[2].

Ҡайһы бер кристалдарҙың микроскопик күҙәнәктәрендә һәм ультранәҙек капиллярҙарында юғары вакуум атмосфера баҫымында уҡ ирешелә, сөнки һауала күҙәнәк/капиллярҙың диаметрының ~60 нанометрға тигеҙ нормаль шарттарҙа молекуланың ирекле йүгереү оҙонлоғо кәмерәк була^[3].

Вакуумға еткереү һәм уны тотоу өсөн файҙаланылған аппараттар вакуум насостары тип атала. Газдарҙы йотоу һәм вакуумдың кәрәкле дәрәжәһен булдырыу өсөн геттерҙар файҙаланыла. Киңерәк термин, вакуумная техника, шулай уҡ вакуумды үлсәү һәм контролдә тотоу, вакуум камераһында технологик операциялар үткәреү, предметтар менән манипуляциялау һәм технологик операциялар үткәреү приборҙарын һ. б. үҙ эсенә ала. Юғары вакуумлы насостар ҡатмарлы техник приборҙар булып тора. Юғары вакуумлы насостарҙың төп төрҙәре - ул ҡалдыҡ газдар молекулаһын эш газы ағымы менән арттырыуға нигеҙләнгән диффузион насостар, геттерлы, ионизацион насостар, газ молекулаларын геттерҙарға үткәреү (мәҫәлән, титан) һәм криосорбцион насостар (башлыса, форвакуум булдырыу өсөн) индереүгә нигеҙләнгән.

Хатта аҙаҡҡы температуралағы идеаль вакуумда һәр ваҡыт ниндәйҙер йылылыҡ нурланышы (фотондар газы) була. Шулай итеп, идеаль вакуумға һалынған есем йылылыҡ фотондары менән алмаштырыу иҫәбенә иртәме-һуңмы вакуум камераһы стеналары менән йылылыҡ тигеҙлегенә килеп етәсәк.

Вакуум яҡшы термоизолятор булып тора; йылылыҡ энергияһы ундағы энергия йылылыҡ нурланышы иҫәбенә генә күсерелә, конвекция һәм йылы үткәреүсәнлеккә урын юҡ. Был үҙенсәлек, йылыны үткәрелмәү маҡсатында, ике стеналары араһындағы арауыҡ вакуумланған һауыттарҙа, термостарҙа (Дьюар һауыты) ҡулланыла.

Вакуум электровакуум приборҙарҙа - радиолампаларҙа (мәҫәлән, микротулҡынлы мейестәрҙең магнетрондарында), электрон нурлы торбаларҙа һ.б. киң ҡулланыла.

Вакуум ҡулайламаһы

Машиналар эшләүҙә: баҫымы 0,1 Па алып 0,001 Па тиклем булған вакуумды файҙаланып, төрлө технологик процестарҙы башҡарыу өсөн тәғәйенләнгән. Тәғәйенләнеше б‑са ионлы имплантация, төрлө өрҙөрөп буяу төрҙәре, термик эшкәртеү, электрон нурланышлы иретеп йәбештереү һ.б. өсөн В.ҡ. бүләләр. В.ҡ. технологик процестар 2 стадияла башҡарыла: эшкәртеүсе матдәнең (пар йәки плазма) генерацияланыуы һәм уның эшкәртелеүсе йөҙ менән үҙ‑ара тәьҫире. В.ҡ. төп өлөштәре: вакуум камераһы, газ бүлеү һәм һурҙырыу системалары, ярҙамсы ҡоролмалар һәм технологик ҡорамалдар, электр м‑н тәьмин итеү һәм блокировка системалары, парландырғыстар, ионлы һәм плазмалы тиҙләткестәр.

Ҡулайламаларҙың айырым механизмдары һәм блоктары дөйөм принципта эшләнгән; вакуум камераларының, парландырғыстарҙың төҙөлөштәре, үлсәмдәре, параметрҙары менән айырылалар. Оҙонлоғо 3,6—5 м, киңлеге 2—3,6 м, бейеклеге 2—2,5 м һәм вакуум камераларының диаметры 0,6—1,2 м, оҙонлоғо 0,8—3,0 м булған В.ҡ. киң таралған. 20 б. 70-се йй. аҙ. алып — ӨМЭПБ-та һәм «Гидравлика» пр-тиеһында МАП-1, ННВ6, 6-И1 (Булат), ВИТА, УРМ-3 тибындағы камиллаштырылған ҡулайламалар, 90-сы йй. алып ӨДАТУ-ла уйлап сығарылған В.ҡ. ҡулланыла. Шулай уҡ ҡара: Вакуумлы ионлы-плазмалы технологиялар.

Кешеләргә һәм хайуандарға тәьҫире

Вакуум тәьҫиренә дусар булған кешеләр һәм хайуандар бер нисә секундтан һуң аңын юғалталар һәм бер нисә минут эсендә гипоксиянан үләләр, әммә был симптомдар, ғәҙәттә, популяр мәҙәниәттә һәм киң мәғлүмәт сараларында күрһәтелгәндәргә оҡшамай. Баҫымдың түбәнәйеүе ҡайнау температураһын түбәнәйтә, унда ҡан һәм башҡа организм шыйыҡсалары ҡайнарға тейеш, әммә ҡан тамырҙарының һығылмалы баҫымы ҡандың 37 °C ҡайнау температураһына етеүенә ҡамасаулай^[4]. Ҡан ҡайнамаһа ла, унда һәм башҡа тән шыйыҡсаларында түбән баҫым аҫтында газ ҡыуыҡтарының барлыҡҡа килеү эффекты етди проблема булып тора. Газ организмды нормаль үлсәменән ике тапҡырға ҙурыраҡ күләмдә ҙурайта ала, әммә туҡымалар уларҙың шартлауын булдырмаҫ өсөн етерлек һығылмалы^[5]. Шешенеү менән эбуллизмды махсус осоу костюмы ярҙамында булдырмаҫҡа мөмкин. Шаттл космонавтары Crew Altitude Protection Suit (CAPS) тип аталған махсус һығылмалы кейем кейгән, ул 2 кПа -дан (15 мм рт. ст.) ҙурыраҡ баҫымда эбуллизмды булдырмай^[6]. Һыуҙың тиҙ парға әйләнеүе тирене һәм лайлалы тиресәне, бигерәк тә ауыҙҙа, 0 °C-ҡа тиклем һыуыта әммә был ҙур хәүеф тыуҙырмай.

Хайуандарға үткәрелгән тәжрибәләр күрһәтеүенсә, организм 90 секунд вакуумда булғандан һуң, ғәҙәттә, организм тиҙ һәм тулыһынса тергеҙелә, әммә вакуумда оҙағыраҡ тороу үлемесле һәм реанимация файҙаһыҙ^[7]. Вакуумдың кешегә тәьҫире тураһында мәғлүмәттәр сикләнгән күләмдә генә бар (ғәҙәттә кешеләр бәхетһеҙ осраҡҡа осрағанда), әммә улар хайуандарҙа тәжрибәлә алынған мәғлүмәттәргә тап килә. Тын алыу боҙолмаһа, аяҡ-ҡулдар вакуумда күпкә оҙағыраҡ булырға мөмкин^[8]. Беренсе булып вакуумдың ваҡ хайуандар өсөн үлемесле булыуын Роберт Бойль 1660 йылда күрһәтә.

Әҙәбиәт

Будилов В. В. Технология вакуумного ионно-плазменного нанесения покрытий. Уфа, 1993.
Борисов В.П. Вакуум: от натурфилософии до диффузионного насоса. — М.: НПК «Интелвак», 2001.
Научные основы вакуумной техники. — М., 1964.
Грошковский Я. Техника высокого вакуума. — М., 1975.
Основы вакуумной техники. 2-е изд. — М., 1981.
Розанов Л. И. Вакуумная техника. 2-е изд. — М., 1990.
L. B. Okun On the concepts of vacuum and mass and the search for higgs (инг.) // Modern Physics Letters A. — 2012. — Vol. 27. — P. 1230041. — DOI:10.1142/S0217732312300418 — Ҡалып:Arxiv
Крамер Д. и др. Точные решения уравнений Эйнштейна. М.: Мир, 1982. — 416 с.
Ҡалып:Книга:Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.: Теория поля
Паули В. Теория относительности. М.: Наука, 1991.

Үлсәү

Вакуумдың дәрәжәһе системала ҡалған матдә миҡдары менән билдәләнә. Вакуум тәү сиратта абсолют баҫым менән билдәләнә, ә тулы характеристикаһы температура һәм химик состав кеүек өҫтәмә параметрҙарҙы талап итә. Ҡалдыҡ газдарҙың уртаса ирекле юл оҙонлоғо (MFP) мөһим параметрҙарҙың береһе булып тора, был киҫәксәнең бер бәрелештән икенсеһенә тиклем ирекле йүгереү ваҡытында осҡан уртаса алыҫлығын күрһәтә.Газ тығыҙлығы кәмеһә, MFP арта. Атмосфера баҫымында һауала MFP бик ҡыҫҡа, яҡынса 70 нм, ә 100 мПа (~1×10−3 торр) баҫымында һауаның MFP-һы яҡынса 100 мм тәшкил итә. Һирәгәйтелгән газдың үҙенсәлектәре, ирекле йүгереү оҙонлоғо газ урынлашҡан һауыттың ҙурлығы менән сағыштырырлыҡ булғанда, ныҡ үҙгәрә.

Вакуум диапазондарға уға өлгәшеү йәки үлсәү өсөн кәрәкле технология буйынса бүленә. Был диапазондар дөйөм ҡабул ителгән билдәләмәләргә эйә түгел, әммә типик бүлеү түбәндәгесә^[9]^[10]:

	Баҫым (мм рт. ст.)	Баҫым (Па)
Атмосфера баҫымы	760	1,013×10⁺⁵
Түбән вакуум	760-тан 25-кә тиклем	1×10⁺⁵-нән 3,3×10⁺³-нә тиклем
Уртаса вакуум	25-тән 1×10⁻³-нә тиклем	3,3×10⁺³-нән 1,3×10⁻¹-нә тиклем
Юғары вакуум	1×10⁻³-нән 1×10⁻⁹-нә тиклем	1,3×10⁻¹-нән 1,3×10⁻⁷-нә тиклем
Үтә юғары вакуум	1×10⁻⁹-нән 1×10⁻¹²-нә тиклем	1,3×10⁻⁷-нән 1,3×10⁻¹⁰-нә тиклем
Экстремаль вакуум	<1×10⁻¹²	<1,3×10⁻¹⁰
Космос арауығы	1×10⁻⁶-нән <3×10⁻¹⁷-нә тиклем	1,3×10⁻⁴-нән <1,3×10⁻¹⁵-нә тиклем
Абсолют вакуум	0	0

Иҫкәрмәләр

↑ Chambers Austin. Modern Vacuum Physics. — Boca Raton: CRC Press, 2004. — ISBN 0-8493-2438-6.
↑ Tadokoro, M. A Study of the Local Group by Use of the Virial Theorem (инг.) // Publications of the Astronomical Society of Japan (инг.)баш. : journal. — 1968. — Т. 20. — С. 230. — Bibcode: 1968PASJ...20..230T
↑ Родин А. М., Дружинин А. В. Вакуум // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Ааронова — Бома эффект — Длинные линии. — С. 235—236. — 707 с. — 100 000 экз.
↑ Landis, Geoffrey Human Exposure to Vacuum (билдәһеҙ). www.geoffreylandis.com (7 август 2007). Дата обращения: 25 март 2006. Архивировано из оригинала 21 июль 2009 года.
↑ Billings, Charles E. Chapter 1) Barometric Pressure // Bioastronautics Data Book (билдәһеҙ) / Parker, James F.; West, Vita R.. — Second. — NASA, 1973. — С. 5.
↑ Webb P. The Space Activity Suit: An Elastic Leotard for Extravehicular Activity (инг.) // Aerospace Medicine : journal. — 1968. — Т. 39. — № 4. — С. 376—383. — PMID 4872696.
↑ Cooke J. P., RW Bancroft Some Cardiovascular Responses in Anesthetized Dogs During Repeated Decompressions to a Near-Vacuum (инг.) // Aerospace Medicine : journal. — 1966. — Т. 37. — № 11. — С. 1148—1152. — PMID 5972265.
↑ Harding, Richard M. Survival in Space: Medical Problems of Manned Spaceflight (инг.). — London: Routledge, 1989. — ISBN 0-415-00253-2..
↑ American Vacuum Society. Glossary (билдәһеҙ). AVS Reference Guide. Дата обращения: 15 март 2006. Архивировано 15 июнь 2013 года. 2013 йыл 3 март архивланған.
↑ National Physical Laboratory, UK. What do 'high vacuum' and 'low vacuum' mean? (FAQ – Pressure) (билдәһеҙ). Дата обращения: 22 апрель 2012. Архивировано 15 июнь 2013 года.

[chambers-1] Chambers Austin. Modern Vacuum Physics. — Boca Raton: CRC Press, 2004. — ISBN 0-8493-2438-6.

[tadokoro-2] Tadokoro, M. A Study of the Local Group by Use of the Virial Theorem (инг.) // Publications of the Astronomical Society of Japan (инг.)баш. : journal. — 1968. — Т. 20. — С. 230. — Bibcode: 1968PASJ...20..230T

[3] Родин А. М., Дружинин А. В. Вакуум // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Ааронова — Бома эффект — Длинные линии. — С. 235—236. — 707 с. — 100 000 экз.

[Landis_Vacuum_Exposure-4] Landis, Geoffrey Human Exposure to Vacuum (билдәһеҙ). www.geoffreylandis.com (7 август 2007). Дата обращения: 25 март 2006. Архивировано из оригинала 21 июль 2009 года.

[NASA_Bio_Data_Book-5] Billings, Charles E. Chapter 1) Barometric Pressure // Bioastronautics Data Book (билдәһеҙ) / Parker, James F.; West, Vita R.. — Second. — NASA, 1973. — С. 5.

[Webb_Space_Activity_Suit-6] Webb P. The Space Activity Suit: An Elastic Leotard for Extravehicular Activity (инг.) // Aerospace Medicine : journal. — 1968. — Т. 39. — № 4. — С. 376—383. — PMID 4872696.

[Cooke_Cardiovascular_Responses-7] Cooke J. P., RW Bancroft Some Cardiovascular Responses in Anesthetized Dogs During Repeated Decompressions to a Near-Vacuum (инг.) // Aerospace Medicine : journal. — 1966. — Т. 37. — № 11. — С. 1148—1152. — PMID 5972265.

[harding-8] Harding, Richard M. Survival in Space: Medical Problems of Manned Spaceflight (инг.). — London: Routledge, 1989. — ISBN 0-415-00253-2..

[9] American Vacuum Society. Glossary (билдәһеҙ). AVS Reference Guide. Дата обращения: 15 март 2006. Архивировано 15 июнь 2013 года. 2013 йыл 3 март архивланған.

[10] National Physical Laboratory, UK. What do 'high vacuum' and 'low vacuum' mean? (FAQ – Pressure) (билдәһеҙ). Дата обращения: 22 апрель 2012. Архивировано 15 июнь 2013 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]