Валиком чи під вакуумом? Як грамотно вкласти валізу

(Від лат. vacuus – Порожній) – простір, вільний від речовини. У техніці та прикладній фізиці під вакуумом розуміють середовище, що складається з газу при тиску значно нижче за атмосферний [1]. Вакуум характеризується співвідношенням між довжиною вільного пробігу молекул газу і характерним розміром середовища
d
. Під
d
може прийматися відстань між стінками вакуумної камери, діаметр вакуумного трубопроводу і т. д. Залежно від величини співвідношення λ/
d
розрізняють низький ( λ / d ≪ 1 ), середній ( λ / d ~ 1 ) та високий (λ / d ≫ 1 ) вакуум.

1. Технічний вакуум
2. Вимірювання вакууму
3. Фізичний вакуум
4. Хибний вакуум
5. Эйнштейновский вакуум
6. Як пакувати косметику та інші дрібниці?
7. Космічний простір
8. Застосування вакуумного обладнання
9. Історія вивчення вакууму
10. Твердий вакуум
11. Вплив на людей та тварин
12. Електричний струм у вакуумі
13. Вимірювання
14. Вживання
15. Застосування
16. Керовані вакуумом машини
17. Дегазация
18. Відкачування та атмосферний тиск
19. ВАКУУМ-ПЕРЕГОНКА (перегонка під зменшеним тиском)
20. Примітки
21. Фізичні теорії

Технічний вакуум

Турбомолекулярний насос у розрізі.
Насправді сильно розріджений газ називають технічним вакуумом

. У макроскопічних об’ємах ідеальний вакуум недосяжний на практиці, оскільки при кінцевій температурі всі матеріали мають ненульову щільність насиченої пари. Крім того, багато матеріалів (зокрема товсті металеві, скляні та інші стінки судин) пропускають гази. У мікроскопічних об’ємах, однак, досягнення ідеального вакууму, в принципі, можливе.

Мірою ступеня розрідження вакууму служить довжина вільного пробігу молекул газу λ , пов’язаної з їх взаємними

Читайте також: Дієта балерин: ефективний та здоровий спосіб скинути зайве

зіткненнями в газі, та характерного лінійного розміру d судини, в якій знаходиться газ.

Строго кажучи, технічним вакуумом називають газ у посудині або трубопроводі з тиском нижче, ніж у навколишній атмосфері. Згідно з іншим визначенням, коли молекули або атоми газу перестають стикатися один з одним, і газодинамічні властивості змінюються в’язкісними (при тиску близько 1 мм рт.ст.), говорять про досягнення низького вакууму

( λ ≪ d ; 1016 молекул на 1 см³). Зазвичай між атмосферним повітрям та високовакуумним насосом стоїть так званий форвакуумний насос, створюючи попереднє розрідження, тому низький вакуум часто називають
форвакуум
. При подальшому зниженні тиску в камері збільшується середня довжина вільного пробігу λ молекул газу. При λ / d ≫ 1 молекули газу набагато частіше стикаються зі стінками, ніж одна з одною. У цьому випадку говорять про
високий вакуум
(10-5 мм рт.ст.; 1011 молекул на 1 см3).
Надвисокий вакуум
відповідає тиску 10-9 мм рт. та нижче. У надвисокому вакуумі, наприклад, зазвичай проводяться експерименти з використанням тунельного скануючого мікроскопа. Для порівняння, тиск у космосі на кілька порядків нижче – 109 молекул на 1 см³ (мільярд молекул у кубічному сантиметрі), у далекому ж космосі взагалі може досягати 10-16 мм рт.ст. та нижче (1 молекула на 1 см³)[2].

Високий вакуум у мікроскопічних порах деяких кристалів і ультратонких капілярах досягається вже при атмосферному тиску, оскільки діаметр пори/капіляра стає менше, ніж довжина вільного пробігу молекули, рівна в повітрі за нормальних умов ~60 нанометрам[3].

Апарати, що використовуються для досягнення та підтримання вакууму, називаються вакуумними насосами. Для поглинання газів та створення необхідного ступеня вакууму використовуються гетери. Більш широкий термін вакуумна техніка включає також прилади для вимірювання та контролю вакууму, маніпулювання предметами та проведення технологічних операцій у вакуумній камері і т. д. Високовакуумні насоси є складними технічними приладами. Основні типи високовакуумних насосів – це дифузійні насоси, засновані на захопленні молекул залишкових газів потоком робочого газу, гетерні, іонізаційні насоси, засновані на впровадженні молекул газу гетери (наприклад, титан) і кріосорбційні насоси (в основному, для створення форвакууму).

Варто відзначити, що навіть у ідеальному вакуумі при кінцевій температурі завжди є деяке теплове випромінювання (газ фотонів). Таким чином, тіло, поміщене ідеальний вакуум, рано чи пізно прийде в теплову рівновагу зі стінками вакуумної камери за рахунок обміну тепловими фотонами.

Вакуум є добрим термоізолятором; перенесення теплової енергії у ньому відбувається лише рахунок теплового випромінювання, конвекція і теплопровідність виключені. Ця властивість використовується для теплоізоляції в термосах (судинах Дьюара), що складаються з ємності з подвійними стінками, простір між якими вакуумований.

Вакуум широко застосовується в електровакуумних приладах – радіолампах (наприклад, магнетронах мікрохвильових печей), електронно-променевих трубках тощо.

Вимірювання вакууму

Найпоширенішим приладом для виміру невеликого вакууму є звичайний барометр, який можна використовувати тільки для випадків, коли тиск газу становить кілька десятків відсотків від атмосферного.

Для вимірювання вищих значень вакууму використовують електричну схему з мостом Уітстона. Ідея використання полягає у вимірі опору чутливого елемента, який залежить від навколишньої концентрації молекул у газі. Чим більша ця концентрація, тим більше молекул ударяються об чутливий елемент, і тим більше тепла він їм передає, це призводить до зменшення температури елемента, що впливає на його електричний опір. Цим приладом вдається вимірювати вакуум із тисками 0,001 атм.

Фізичний вакуум

Під фізичним вакуумом у квантовій фізиці розуміють нижчий (основний) енергетичний стан квантованого поля, що має нульовий імпульс, момент імпульсу та інші квантові числа. При цьому такий стан зовсім не обов’язково відповідає порожнечі: поле в нижчому стані може бути, наприклад, полем квазічастинок у твердому тілі або навіть у ядрі атома, де щільність є надзвичайно високою. Фізичним вакуумом називають також повністю позбавлене речовини простір, заповнене полем у такому состоянии[4][5]. Такий стан не є абсолютною пусткою. Квантова теорія поля стверджує, що, відповідно до принципу невизначеності, у фізичному вакуумі постійно народжуються і зникають віртуальні частки: відбуваються звані нульові коливання полів. У деяких конкретних теоріях поля вакуум може мати нетривіальні топологічні властивості. Теоретично можуть існувати кілька різних вакуумів, що відрізняються щільністю енергії або іншими фізичними параметрами (залежно від застосовуваних гіпотез і теорій). Виродження вакууму при спонтанному порушенні симетрії призводить до існування безперервного спектра вакуумних станів, що відрізняються числом голдстоунівських бозонів. Локальні мінімуми енергії при різних значеннях будь-якого поля, що відрізняються за енергією від глобального мінімуму, звуться помилкових вакуумів; такі стани метастабільні і прагнуть розпастись з виділенням енергії, перейшовши в істинний вакуум або в один із лежачих помилкових вакуумів. відрізняються щільністю енергії або іншими фізичними параметрами (залежно від гіпотез і теорій). Виродження вакууму при спонтанному порушенні симетрії призводить до існування безперервного спектра вакуумних станів, що відрізняються числом голдстоунівських бозонів. Локальні мінімуми енергії при різних значеннях будь-якого поля, що відрізняються за енергією від глобального мінімуму, звуться помилкових вакуумів; такі стани метастабільні і прагнуть розпастись з виділенням енергії, перейшовши в істинний вакуум або в один із лежачих помилкових вакуумів. відрізняються щільністю енергії або іншими фізичними параметрами (залежно від гіпотез і теорій). Виродження вакууму при спонтанному порушенні симетрії призводить до існування безперервного спектра вакуумних станів, що відрізняються числом голдстоунівських бозонів. Локальні мінімуми енергії при різних значеннях будь-якого поля, що відрізняються за енергією від глобального мінімуму, звуться помилкових вакуумів; такі стани метастабільні і прагнуть розпастись з виділенням енергії, перейшовши в істинний вакуум або в один із лежачих помилкових вакуумів. Локальні мінімуми енергії при різних значеннях будь-якого поля, що відрізняються за енергією від глобального мінімуму, звуться помилкових вакуумів; такі стани метастабільні і прагнуть розпастись з виділенням енергії, перейшовши в істинний вакуум або в один із лежачих помилкових вакуумів. Локальні мінімуми енергії при різних значеннях будь-якого поля, що відрізняються за енергією від глобального мінімуму, звуться помилкових вакуумів; такі стани метастабільні і прагнуть розпастись з виділенням енергії, перейшовши в істинний вакуум або в один із лежачих помилкових вакуумів.

Деякі з цих прогнозів теорії поля вже були успішно підтверджені експериментом. Так, ефект Казимира[6] та лембовський зсув атомних рівнів пояснюється нульовими коливаннями електромагнітного поля у фізичному вакуумі. На деяких інших уявленнях про вакуум базуються сучасні фізичні теорії. Наприклад, існування кількох вакуумних станів (згаданих вище неправдивих вакуумів) є однією з головних основ інфляційної теорії Великого вибуху.

Хибний вакуум

Скалярне поле у
​​стані помилкового вакууму. Енергія
E
вища, ніж у стані істинного вакууму (основний стан), але потенційний бар’єр перешкоджає переходу поля. Таким чином, перехід можливий лише за високої енергії поля або шляхом квантовомеханічного тунелювання

Хибний вакуум

Читайте також: Тяга ривкова з підривом: техніка та нюанси

— стан у квантовій теорії поля, що не є станом із глобально мінімальною енергією, а відповідає її локальному мінімуму. Такий стан стабільний протягом певного часу (метастабільно), але може «тунелювати» стан справжнього вакууму.

Эйнштейновский вакуум

Эйнштейновский вакуум

– Іноді зустрічається назва для рішень рівнянь Ейнштейна в загальній теорії відносності для порожнього, без матерії, простору-часу. Синонім –
простір Ейнштейна
.

Рівняння Ейнштейна пов’язують метрику простору-часу (метричний тензор g

μν) з тензором енергії-імпульсу. У загальному вигляді вони записуються як
G μ ν + Λ g μ ν = 8 π G c 4 T μ ν , +\Lambda g_<\mu \nu >=<8\pi G \over c^<4>>T_<\mu \nu >,>
де тензор Ейнштейна G

μν є певною функцією метричного тензора та його приватних похідних,
R
— скалярна кривизна, Λ — космологічна постійна,
T
μν — тензор енергії-імпульсу матерії, π — число пі,
c
— швидкість світла у вакуумі,
G
— постійна гравітаційна Ньютона.

Вакуумні рішення цих рівнянь виходять за відсутності матерії, тобто при тотожній рівності нулю тензора енергії-імпульсу в області простору-часу, що розглядається: T

μν = 0. Часто лямбда-член також приймається рівним нулю, особливо для дослідження локальних (некосмологічних) рішень. Однак при розгляді вакуумних рішень з ненульовим лямбда-членом (
лямбда-вакуум
) виникають такі важливі космологічні моделі, як модель Де Сіттера (Λ> 0) та модель анти-Де Сіттера (Λ<0).

Тривіальним вакуумним рішенням рівнянь Ейнштейна є плоский простір Мінковського, тобто метрика, що розглядається у спеціальній теорії відносності.

Інші вакуумні рішення рівнянь Ейнштейна включають, зокрема, такі випадки:

• Космологічна модель Мілна (приватний випадок метрики Фрідмана з нульовою щільністю енергії)
• Метрика Шварцшильда, що описує геометрію навколо сферично-симетричної маси
• Метрика Керра, що описує геометрію навколо маси, що обертається.
• Плоска гравітаційна хвиля (та інші хвильові рішення)

Як пакувати косметику та інші дрібниці?

Декоративну косметику також краще перевозити в спеціальному органайзері або тонкій плоскій косметичці, туди ж можна покласти гумки, шпильки та прикраси, поміщені в мішечки з тканини. Доглядову косметику, шампуні та креми, найзручніше брати в дорогу у невеликих флаконах. За потреби слід заздалегідь перелити кошти в пляшечки «тревел сайз» (можна знайти в магазинах) або в чисті флакони від використаних засобів. Для кремів також добре підходять контейнери для контактних лінз.

Усі флакони та тюбики слід захистити від протікання. Для цього потрібно зняти ковпачок, закрити шийку клаптиком харчової плівки і закрутити ковпачок назад. Також можна заклеїти кришки липкою стрічкою. Якщо простір валізи дозволяє, всі флакони слід скласти разом – у велику косметичку або органайзер.

Космічний простір

Космічний простір є не ідеальним вакуумом, розріджена плазма заповнена зарядженими частинками, електромагнітними полями, інколи ж зірками
Космічний простір має дуже низьку щільність і тиск і є найкращим наближенням фізичного вакууму. Але космічний вакуум не є справді досконалим, навіть у міжзоряному просторі є кілька атомів водню на кубічний сантиметр.

Зірки, планети та супутники тримають свої атмосфери силою тяжіння, і як такої у атмосфери немає чітко окресленої межі: густина атмосферного газу просто зменшується з відстанню від об’єкта. Атмосферний тиск Землі падає приблизно до 3,2×10-2 Па на 100 км висоти — на так званій лінії Кармана, яка є загальним визначенням кордону з космічним простором. За цією лінією ізотропний тиск газу швидко стає незначним у порівнянні з тиском випромінювання від Сонця та динамічним тиском сонячного вітру, тому визначення тиску стає важко інтерпретувати. Термосфера в цьому діапазоні має великі градієнти тиску, температури та складу, і сильно варіюється у зв’язку з космічною погодою.

Щільність атмосфери протягом перших кількох сотень кілометрів вище лінії Кармана все ще достатня для значного опору руху штучних супутників Землі. Більшість супутників працюють у цій галузі, яка називається низькою навколоземною орбітою, і повинні підробляти двигунами кожні кілька днів для підтримки стабільної орбіти.

Читайте також: Партерна гімнастика та її вплив на фізичний розвиток дитини

Космічний простір заповнено великою кількістю фотонів, так званим реліктовим випромінюванням, а також великою кількістю реліктових нейтрино, що поки не піддаються виявленню. Поточна температура цих випромінювань становить близько 3 К, або −270 °C або −454 ° Фаренгейту.

Застосування вакуумного обладнання

Різноманітність обладнання з широким діапазоном тисків, що створюються у технологічних камерах, дозволило застосовувати його у виробництві з різною точністю виготовлення. Таке обладнання дозволяє повністю контролювати параметри створюваного середовища. Розглянемо основні галузі, де застосовується вакуумна техніка:

• Харчову промисловість вже неможливо уявити без герметичних упаковок, завдяки яким термін зберігання продукції збільшився буквально в рази, причому параметри забруднення навколишнього середовища ніяк не погіршилися.

Герметична упаковка підходить для всіх видів продукції

• Видобуток нафти та виробництво практично всіх нафтопродуктів стало можливим завдяки застосуванню вакуумної техніки. Спеціалізоване потужне обладнання дозволяє більш якісно переганяти нафту, синтезувати ефіри та регенерувати розчинники.
• Виробництво паперу – найяскравіший і наймасштабніший представник, де використовується вакуумна та компресорна техніка. Виділення целюлози та формування паперового полотна відбувається під впливом високого тиску.
• Справжньою знахідкою вакуум став для металургів. Плавка металів при різних тисках дозволяє регулювати механічні характеристики сплавів та виробів, значно підвищуючи їх технічні характеристики.

Установка для вакуумної металургії

• Деревообробка та скляна промисловість використовує вакуум для холодного пресування. Тут можна згадати і виготовлення високоякісної оптики.

Історія вивчення вакууму

Ртутний вакуумний барометр Еванджелісти Торрічеллі – вченого, який вперше створив вакуум у лабораторії. Над поверхнею ртуті у верхній частині запаяної трубки – «торрічеллієва порожнеча» (вакуум, що містить пари ртуті під тиском насичення при даній температурі)
Ідея вакууму (порожнечі) була предметом суперечок ще з часів давньогрецьких та давньоримських філософів. Атомісти – Левкіпп (бл. 500 до н. -55 рр.. до н. Стратон (бл. 270 до н. е.) і багато філософів у пізніші часи вважали, що порожнеча може бути «суцільною» ( vacuum coacervatum

) та «розсіяної» (у проміжках між частинками речовини,
vacuum disseminatum
).

Навпаки, Аристотель (384—322 рр. е.) та інших філософів вважали, що «природа не терпить порожнечі». Концепція «страхи порожнечі» ( horror vacui

), що зародилася ще до Аристотеля, у Емпедокла (бл. 490—430 рр. до н. е.) та інших філософів іонійської школи, у філософській думці Середньовічної Європи стала домінуючою та набула релігійно-містичних рис.

Деякі передумови емпіричного дослідження вакууму існували ще античності. Давньогрецькі механіки створювали різні технічні пристрої, засновані на розрідженні повітря. Наприклад, водяні насоси, що діють шляхом створення розрідження під поршнем, були відомі ще за часів Арістотеля. До нашого часу зберігся малюнок пожежного насоса, винайденого «батьком пневматики» Ктезібієм (бл. 150 до н.е.). Водяні насоси такого типу були фактично прообразами вакуумного поршневого насоса, що з’явився майже через два тисячоліття. Учень Ктезібія, Герон Олександрійський, розробив поршневий шприц для витягування гною, що теж є по суті вакуумним пристроєм.

Емпіричне вивчення вакууму почалося лише XVII столітті, з кінцем Відродження і початком наукової революції Нового часу. До цього моменту вже давно було відомо, що насоси, що всмоктують, можуть піднімати воду на висоту не більше 10 метрів. Наприклад, у трактаті Георгія Агриколи (1494—1555) «Про гірську справу» наведено зображення ланцюжка водяних насосів для відкачування води із шахти.

Галілей у своїх «Бесідах і математичних доказах двох нових наук»[7] (1638), книзі, яка завершила розгром арістотелівської фізики, вказував, посилаючись на практику, що висота, до якої всмоктують насоси піднімають воду, завжди одна й та сама — біля 18 ліктів. У цій книзі він, зокрема, описує фактично вакуумний прилад з поршнем, необхідний для порівняння опору на розрив води і твердого тіла, хоча і пояснює опір розтягуванню, характерне для твердих тіл і рідин, боязню порожнечі, припускаючи існування між частинками речовини найменших порожніх пір , що розширюються під час розтягування.

Під впливом трактату Галілея, де вказувалося на обмеженість «побоювання порожнечі», в 1639-1643 рр.. Гаспаро Берті на фасаді свого будинку в Римі спорудив пристрій (у пізнішій термінології, барометричну водяну трубу), який можна вважати першою установкою для фізичного дослідження вакууму. У верхній, скляній закритій частині труби висотою більше 10 м, над водяним стовпом, врівноваженим атмосферним тиском, виявлялося порожній простір (насправді воно було заповнене водяними парами під тиском, рівним пружності парів води при температурі навколишнього середовища, а також розчин, що виділився з води повітрям, тобто тиск у порожнині становив близько 0,1 атмосфери). Емануель Маньяно закріпив у цій порожнині дзвіночок та молоток. Впливаючи на молоток магнітом, він ударяв молотком по дзвіночку.

Вчений Рафаело Маджотті [9] (1597-1656) з Риму повідомив про досліди Берті та Маньяно учневі Галілея, флорентійцю Еванджелісте Торрічеллі. При цьому Маджотті висловив думку, що щільніша рідина зупинилася б на нижчому рівні [10]. У 1644 Торричеллі (за допомогою Вінченцо Вівіані, іншого учня Галілея) зумів створити першу вакуумну камеру. Його роботи, пов’язані з теоріями атмосферного тиску, стали основою додаткових експериментальних методик. Вакуум за методом Торрічеллі (торрічеллієва порожнеча) досягається шляхом наповнення ртуттю довгої скляної трубки, запаяною з одного кінця, а потім перевертанням її таким чином, щоб відкритий кінець трубки опинився під поверхнею ртуті в ширшій відкритій посудині [11]. Ртуть витікатиме з трубки, поки що сила тяжкості ртутного стовпа не буде компенсована атмосферним тиском. У вільному від ртуті просторі у верхньому, запаяному кінці трубки утворюється вакуум. Цей метод є основою роботи ртутного барометра. При стандартному атмосферному тиску висота ртутного стовпа, урівноваженого атмосферним тиском, дорівнює 760 мм.

Вакуумний насос фон Геріке та Магдебурзькі півкулі у Німецькому музеї у Мюнхені

Близько 1650 німецький учений Отто фон Геріке винайшов перший вакуумний насос (поршневий циліндр з водяним ущільненням), що дозволило легко відкачувати повітря з герметичних ємностей і експериментувати з вакуумом [12]. Насос, названий автором antlia pneumatica

, був ще дуже далекий від досконалості і вимагав не менше трьох людей для маніпуляцій з поршнем і кранами, зануреними у воду, для кращої ізоляції порожнечі, що утворюється від зовнішнього повітря. Проте з його допомогою Геріке зумів продемонструвати багато властивостей вакууму, зокрема, поставивши знаменитий досвід із Магдебурзькими півкулями. Геріке створив також водяний барометр, за принципом дії аналогічний ртутному барометру Торрічеллі, хоча через меншу щільність води порівняно з ртуттю висота водяного стовпа, що врівноважує атмосферний тиск, у 13,6 разів більше – близько 10 метрів. Герике вперше з’ясував, що вакуум не проводить звуку і що горіння у ньому припиняється[13].

Вакуумний насос Геріке був значно вдосконалений Робертом Бойлем, що дозволило йому виконати низку експериментів для з’ясування властивостей вакууму та його впливу різні об’єкти. Бойль виявив, що у вакуумі гинуть дрібні тварини, вогонь згасає, а дим опускається вниз (і, отже, так само схильний до впливу сили тяжіння, як і інші тіла). Бойль з’ясував також, що підняття рідини в капілярах відбувається і у вакуумі, і тим самим спростував думку, що панувала тоді, що в цьому явищі бере участь тиск повітря. Навпаки, перетікання рідини через сифон у вакуумі припинялося, що було доведено, що це зумовлено атмосферним тиском. Він показав, що при хімічних реакціях (таких як гасіння вапна), а також при взаємному терті тіл тепло виділяється і у вакуумі.

Твердий вакуум

Заправка телевізора плазмою

Вплив на людей та тварин

Люди і тварини, що зазнали впливу вакууму, втрачають свідомість через кілька секунд і помирають від гіпоксії протягом декількох хвилин, але ці симптоми, як правило, не схожі на ті, що показують у популярній культурі та ЗМІ. Зниження тиску знижує температуру кипіння, за якої кров та інші біологічні рідини повинні закипіти, але пружний тиск кровоносних судин не дозволяє крові досягти температури кипіння 37 °С [14]. Хоча кров не закипає, ефект утворення газових бульбашок у ній та інших рідинах тіла при низьких тисках, відомий як ебулізм (повітряна емфізема), є серйозною проблемою. Газ може роздмухувати тіло вдвічі більше його нормального розміру, але тканини досить еластичні, щоб запобігти їх розриву [15]. Набряки та ебулізм можна запобігти спеціальним льотним костюмом.Висотний захисний костюм екіпажу

(CAPS), яка запобігає ебулізму при тиску більше 2 кПа (15 мм рт.ст.) [16]. Швидке випаровування води охолоджує шкіру і слизові оболонки до 0 ° С, особливо в роті, але це не становить великої небезпеки.

Експерименти на тваринах показують, що після 90 секунд знаходження організму у вакуумі зазвичай відбувається швидке та повне відновлення організму, проте довше перебування у вакуумі фатальне та реанімація марна [17]. Є лише обмежений обсяг даних про вплив вакууму на людину (як правило, це відбувалося при попаданні людей в аварію), але вони узгоджуються з даними, отриманими в експериментах на тваринах. Кінцівки можуть бути у вакуумі набагато довше, якщо дихання не порушено[18]. Першим показав, що вакуум смертельний для дрібних тварин Роберт Бойль у 1660 році.

Електричний струм у вакуумі

Струм у вакуумі не може існувати самостійно, оскільки вакуум є діелектриком. У такому разі створити струм можна за допомогою термоелектронної емісії. Термоелектронна емісія – явище, у якому електрони виходять із металів під час нагрівання. Такі електрони називаються термоелектронами, а тіло – емітер.

На це явище вперше звернув увагу американський учений Томас Едісон у 1879 році.

Читайте також: Крильця смажені як у кфс. Курячі крила, приготовані, як у KFC

Рис. 2. Термоэлектронная эмиссия

Емісія поділяється на:

• вторинну електронну (вибивання швидкими електронами);
• термоелектронну (випаровування електронів з гарячого катода);
• фотоелектронна (електрони вибиваються світлом);
• електронна (вибивання сильним полем).

Електрони зможуть вилетіти з металу, якщо будуть мати достатню кінетичну енергію. Вона повинна бути більшою за роботу виходу електронів для даного металу. Електрони, що вилітають із катода, утворюють електронну хмару. Половина їх повертається у вихідне становище. У рівноважному стані число електронів, що вилетіли, дорівнює кількості повернулися. Від температури прямо пропорційно залежить щільність електронної хмари (тобто при підвищенні температури, щільність хмари стає більшою).

При підключенні електродів до джерела з-поміж них виникає електричне поле. Якщо позитивний полюс джерела струму з’єднати з анодом (холодним електродом), а негативний – з катодом (нагрітим електродом), то напруженість електричного поля буде спрямована на нагрітий електрод.

Вимірювання

Ступінь вакууму визначається кількістю речовини, що залишилася в системі. Вакуум, насамперед, визначається абсолютним тиском, а повна характеристика потребує додаткових параметрів, таких як температура та хімічний склад. Одним з найбільш важливих параметрів є середня довжина вільного пробігу (MFP) залишкових газів, яка вказує на середню відстань, яку частинка пролітає за час вільного пробігу від одного зіткнення до наступного. Якщо щільність газу зменшується, MFP збільшується. MFP повітря при атмосферному тиску дуже короткий, близько 70 нм, а при 100 мПа (~1×10−3 торр) MFP повітря становить приблизно 100 мм. Властивості розрідженого газу сильно змінюються, коли довжина вільного пробігу стає порівнянна з розмірами судини, де знаходиться газ.

Вакуум поділяється на діапазони відповідно до технології, необхідної для його досягнення або вимірювання. Ці діапазони не мають загальновизнаних визначень, але типовий розподіл має такий вигляд[19][20]:

Вживання

Трубки з рідким вакуумом та рідким киснем у лікарні. Оксид вакууму цілющий Неймовірно високої щільності. В аніме
У 16-й серії Євангеліону Сіндзі тоне в море Дірака.

(Рідкий) вакуум неймовірно високої щільності™ утворюється в 24-й серії аніме для буріння.

Рідкий вакуум згадується у романі С. Щеглова «Ідентифікація спрута» як зброя великої руйнівної сили.

Вживання рідкого вакууму може призвести до висування вакуумної цегли, а також до вимушеного поїдання їжі через жопу.

У космосимах рідким вакуумом називається спрощена аркадна фізика, при якій космічні кораблі поводяться як катери на воді: рухаються, тільки поки включений двигун, а при вимиканні поступово зупиняються.

Застосування

У лампочках використовують низький вакуум. Колба заповнюється газом, зазвичай аргоном, за низького тиску, що захищає вольфрамову нитку.
Вакуум корисний для багатьох процесів і застосовується у різних пристроях. Вперше для товарів, що масово використовуються, він був застосований у лампах розжарювання з метою захисту нитки від хімічного розкладання. Хімічна інертність матеріалів, що забезпечується вакуумом, також корисна для електронно-променевого зварювання, холодного зварювання, вакуумного пакування та вакуумної смаження. Надвисокий вакуум використовується при вивченні атомарно чистих субстратів, тому що тільки дуже високий вакуум зберігає поверхні чистими на атомарному рівні протягом тривалого часу (від хвилин до доби). При високому та надвисокому вакуумуванні усувається протидія повітря, дозволяючи пучкам частинок осаджувати або видаляти матеріали без забруднення. Цей принцип лежить в основі хімічного осадження з газової фази, вакуумного напилення та сухого травлення, які застосовуються у виробництві напівпровідників та оптичних покриттів, а також у хімії поверхні. Зниження конвекції забезпечує теплоізоляцію в термосах. Глибокий вакуум знижує температуру кипіння рідини та сприяє низькій температурі дегазації, що використовується в сублімаційному сушінні, приготуванні клею, перегонці, металургії та вакуумному очищенні. Електричні властивості вакууму уможливлюють електронні мікроскопи та вакуумні трубки, включаючи катодні променеві трубки. Вакуумні вимикачі використовують у електричних розподільних пристроях. Вакуумний пробій має промислове значення для виробництва певних марок сталі або матеріалів високої чистоти. Виключення тертя повітря корисне для накопичення енергії маховика та ультрацентрифуг. Зниження конвекції забезпечує теплоізоляцію в термосах. Глибокий вакуум знижує температуру кипіння рідини та сприяє низькій температурі дегазації, що використовується в сублімаційному сушінні, приготуванні клею, перегонці, металургії та вакуумному очищенні. Електричні властивості вакууму уможливлюють електронні мікроскопи та вакуумні трубки, включаючи катодні променеві трубки. Вакуумні вимикачі використовують у електричних розподільних пристроях. Вакуумний пробій має промислове значення для виробництва певних марок сталі або матеріалів високої чистоти. Виключення тертя повітря корисне для накопичення енергії маховика та ультрацентрифуг. Зниження конвекції забезпечує теплоізоляцію в термосах. Глибокий вакуум знижує температуру кипіння рідини та сприяє низькій температурі дегазації, що використовується в сублімаційному сушінні, приготуванні клею, перегонці, металургії та вакуумному очищенні. Електричні властивості вакууму уможливлюють електронні мікроскопи та вакуумні трубки, включаючи катодні променеві трубки. Вакуумні вимикачі використовують у електричних розподільних пристроях. Вакуумний пробій має промислове значення для виробництва певних марок сталі або матеріалів високої чистоти. Виключення тертя повітря корисне для накопичення енергії маховика та ультрацентрифуг. яке використовується в сублімаційному сушінні, приготуванні клею, перегонці, металургії та вакуумному очищенні. Електричні властивості вакууму уможливлюють електронні мікроскопи та вакуумні трубки, включаючи катодні променеві трубки. Вакуумні вимикачі використовують у електричних розподільних пристроях. Вакуумний пробій має промислове значення для певних марок сталі або матеріалів високої чистоти. Виключення тертя повітря корисне для накопичення енергії маховика та ультрацентрифуг. яке використовується в сублімаційному сушінні, приготуванні клею, перегонці, металургії та вакуумному очищенні. Електричні властивості вакууму уможливлюють електронні мікроскопи та вакуумні трубки, включаючи катодні променеві трубки. Вакуумні вимикачі використовують у електричних розподільних пристроях. Вакуумний пробій має промислове значення для певних марок сталі або матеріалів високої чистоти. Виключення тертя повітря корисне для накопичення енергії маховика та ультрацентрифуг. Вакуумний пробій має промислове значення для певних марок сталі або матеріалів високої чистоти. Виключення тертя повітря корисне для накопичення енергії маховика та ультрацентрифуг. Вакуумний пробій має промислове значення для виробництва певних марок сталі або матеріалів високої чистоти. Виключення тертя повітря корисне для накопичення енергії маховика та ультрацентрифуг.

Керовані вакуумом машини

Вакуум зазвичай використовується, щоб зробити всмоктування, яке має ще ширший спектр застосування. Паровий двигун Ньюкомена використовував вакуум замість тиску, щоб керувати поршнем. У ХІХ столітті вакуум був використаний для тяги на експериментальній пневматичній залізниці Ізамбарда Брунеля. Вакуумні гальма колись широко використовувалися на поїздах у Великій Британії, але, за винятком історичних залізниць, вони були замінені на пневматичні гальма.

Цей насос свердловини зменшує тиск атмосфери всередині власної камери. Розрідження атмосфери розширюється вниз у свердловину і змушує воду текти вгору трубою в насос, щоб вирівняти знижений тиск. Насоси з наземною камерою ефективні лише до глибини близько 9 метрів, за рахунок ваги стовпа води, що зрівнює атмосферний тиск.

Вакуум впускного колектора можна використовувати для керування допоміжним обладнанням на автомобілях. Найбільш відоме застосування – це вакуумний підсилювач збільшення потужності гальм. Раніше вакуум застосовувався у вакуум-приводах склоочисника та паливних насосах Autovac. Деякі авіаційні прилади (авіагоризонт і покажчик курсу) зазвичай управляються вакуумом, як страховка від виходу з ладу всіх (електричних) приладів, оскільки ранні літаки часто не мали електричних систем, і оскільки є два легкодоступних джерел вакууму на літаку, що рухається, двигун і трубка Вентурі. При вакуумноіндукційній плавці застосовують електромагнітну індукцію у вакуумі.

Підтримка вакууму в конденсаторі є важливою для ефективної роботи парових турбін. Для цього використовують паровий інжектор або водокільцевий насос. Звичайний вакуум, який підтримується в паровому обсязі конденсатора на вихлопному патрубку турбіни (ще його називають тиск конденсатора турбіни), знаходиться в діапазоні від 5 до 15 кПа, залежно від типу конденсатора та умов навколишнього середовища.

Дегазация

Випаровування та сублімація у вакуумі називається дегазацією. Всі матеріали, тверді або рідкі, трохи парять (відбувається газовиділення), і їхня дегазація необхідна коли тиск вакууму падає нижче за тиск їх пари. Паріння матеріалів у вакуумі має такий самий ефект, як натікання і може обмежити досяжний вакуум. Продукти випаровування можуть конденсуватися на прилеглих холодніших поверхнях, що може викликати проблеми, якщо вони покриють оптичні прилади або вступають в реакцію з іншими матеріалами. Це викликає великі труднощі під час польотів у космосі, де затемнений телескоп або елемент сонячної батареї може зірвати високовитратну операцію.

Найпоширенішим продуктом, що виділяється, у вакуумних системах є вода, поглинена матеріалами камер. Її кількість може бути зменшена сушінням або прогріванням камери та видаленням абсорбуючих матеріалів. Вода, що випаровується, може конденсуватися в маслі пластинчасто-роторних насосів і різко зменшити їх робочу швидкість, якщо не використовується газобаластове пристрій. Високовакуумні системи повинні бути чистими, в них не повинно залишатися органічних речовин, щоб мінімізувати газовиділення.

Надвисокі вакуумні системи зазвичай відпалюються, бажано під вакуумом, щоб тимчасово підвищити випаровування всіх матеріалів і випарувати їх. Після того, як більша частина випаровуються випаровується і видалена, система може бути охолоджена, для зменшення ширяння матеріалів і мінімізації залишкового газовиділення під час робочої експлуатації. Деякі системи охолоджують істотно нижче за кімнатну температуру за допомогою рідкого азоту для повного припинення залишкового газовиділення і одночасно створення ефекту кріогенної відкачування системи.

Відкачування та атмосферний тиск

Гази взагалі не можна виштовхнути, тому вакуум може бути створений всмоктуванням. Всмоктування може поширити і розбавити вакуум, дозволяючи високому тиску вводити гази, але, перш ніж всмоктування може статися, необхідно вакуум створити. Найпростіший спосіб створити штучний вакуум – розширити об’єм камери. Наприклад, м’яз діафрагми розширює грудну порожнину, що призводить до збільшення обсягу легень. Це розширення зменшує тиск і створює низький вакуум, який незабаром заповнюється повітрям, що нагнітається атмосферним тиском.

Щоб продовжувати спустошення камери нескінченно, не використовуючи постійно її збільшення, відсік, що вакуумує, може бути закритий, продувають, розширений знову, і так багато разів. Це принцип роботи насосів із примусовим витісненням (газопереносним), наприклад, ручний водяний насос. Усередині насоса механізм розширює невелику герметичну порожнину для створення вакууму. Через перепад тиску частина рідини з камери (або колодязя, в нашому прикладі) вштовхується в маленьку порожнину насоса. Потім порожнина насоса закривається герметично від камери, відкривається в атмосферу і стискається до мінімального розміру, виштовхуючи рідину.

Наведене вище пояснення є простим введенням у вакуумування і не є типовим для всього діапазону використовуваних насосів. Розроблено багато варіацій насосів з примусовим витісненням і безліч конструкцій насосів засновані на радикально інших принципах. Насоси передачі імпульсу, які мають деяку схожість з динамічними насосами, що використовуються при більш високих тисках, можуть забезпечити набагато більш високу якість вакууму, ніж насоси з примусовим витісненням. Газозв’язувальні насоси здатні захоплювати гази в твердому або поглиненому стані, працюють часто без частин, що рухаються, без ущільнень і без вібрації. Жоден із цих насосів не є універсальним; кожен тип має серйозні обмеження застосування. У всіх є труднощі з відкачуванням газів з малою масою молекул, особливо водню,

Найнижчий тиск, який може бути досягнутий у системі, крім пристрою насосів, також залежить від багатьох факторів. Декілька насосів можуть бути з’єднані послідовно, в так звані ступені, для досягнення вищого вакууму. Вибір ущільнень, геометрії камери, матеріалів та процедур відкачування – все матиме ефект. У сукупності це називають вакуумної технікою. І іноді підсумковий тиск — не єдина істотна характеристика. Насосні системи відрізняються масляним забрудненням, вібрацією, вибірковим відкачуванням певних газів, швидкостями відкачування, уривчастістю експлуатації, надійністю або стійкістю до високих швидкостей натікання.

У системах з надвисоким вакуумом необхідно враховувати деякі дуже «дивні» шляхи натікання та джерела ширяння. Неприйнятним джерелом випарів стає здатність до водопоглинання алюмінію та паладію, доводиться враховувати навіть адсорбційну здатність твердих металів, таких як нержавіюча сталь або титан. Деякі олії та мастила кипітимуть при високому вакуумі. Можливо, доведеться враховувати проникність металевих стінок камер, і напрям зерен металевих фланців має бути паралельним торцю фланця.

Найнижчі тиски, які зараз досяжні в лабораторних умовах, становлять близько 10-13 торр (13 пПа). Однак тиск нижче, ніж 5×10-17 торр (6.7 фПа) були побічно вимірювані криогенної вакуумної системі. Це відповідає ≈100 частинок/см3.

ВАКУУМ-ПЕРЕГОНКА (перегонка під зменшеним тиском)

⇐ ПопередняСтор 20 з 31Наступна ⇒

Вакуум-перегонку застосовують у тих випадках, коли рідина за нормальних умов має занадто високу температуру кипіння або коли вона при нагріванні до високої температури зазнає розкладання або зміни.

Розрізняють два основні методи перегонки під зменшеним тиском:

а) перегонка при помірному вакуумі, що застосовується найчастіше та більш докладно описана далі;

б) перегонка у високому вакуумі, що застосовується для розгонки органічних речовин, що мають молекулярну масу до 1200, або низькомолекулярних термічних нестійких речовин.

Зменшення температури кипіння рідини і, отже, перегонки, що досягається зменшенням тиску, сприяє збереженню хімічної індивідуальності речовини, що переганяється. Чим нижче вакуум, створюваний усередині приладу, тим більше впевненості в тому, що речовина, що відокремлюється, не буде змінюватися хімічно, і тим нижче температура, при якій воно буде переганятися.

Є багато органічних речовин, що киплять близько 350 ° С при 760 мм рт. ст.

з розкладанням, але переганяються без зміни при 160-210 ° С і 10
мм рт. ст.
або від 100 до 130 СС при 0,01
мм рт. ст.,
або від 40 до 60 СС при 0,0001
мм рт. ст.
Вакуум можна створити за допомогою водоструминного насоса, досяжне розрідження з яким вже вказувалося, або за допомогою спеціальних вакуум-насосів, що створюють високе розрідження.

Головною вимогою під час проведення вакуум-перегонки є повна герметичність апаратури. Тому найбільш зручно застосовувати прилади, зібрані на шліфах.

Перегонка за помірного вакууму. Помірний вакуум може бути досягнутий при використанні звичайного водоструминного лабораторного насоса (див. стор. 331). Прилад для перегонки під вакуумом (рис. 416) складається з колби Клайзена, з капіляром і термометром; холодильника; приймача; манометр; скляного крана та запобіжної склянки Вульфа (між насосом та манометром).

Як сполучні застосовують спеціальні вакуумні гумові трубки, які відрізняються від звичайних тим, що є більш товсті (2-3 мм) .

стінки. Найчастіше в таких приладах застосовують гумові пробки, їх корисно злегка змащувати рициновою олією. Для розгонки при високих температурах, коли гумові пробки можуть зазнавати термічного розкладання, краще користуватися пробками із силіконового каучуку або скляними шліфами, змащеними силіконовим мастилом.

Читайте також: Як виміряти об’єми тіла у жінок у домашніх умовах

При напівмікрохімічних роботах часто застосовують видозмінену колбу Клайзена (рис. 417); особливість колби полягає в тому, що вона не куляста, а яйце-

Рис. 416. Прибор для перегонки под вакуумом:

/—колба Клайзена’или Арбузова; 2, 4, 6

– пробки;
3
– капіляр; 5 – термометр; 7 – холодильник;
8
– приймач;
9
– запобіжна склянка;
10
– манометр;
11
-трьохходовий кран.

видної форми та вузькою своєю частиною звернена вниз. Така форма сприяє прискореному нагріванню колби.

Рис. 417. Видоізм- Рис. 418. Апарат Брголя.

Глиняна колба дзен:

При надяганні гумових вакуумних трубок на скляні слід застосовувати мастила, тому що інакше можна зламати або трубку, або прилад (коли гумову вакуумну трубку приєднують до нього). Як мастила часто застосовують гліцерин, вазелінове масло та ін.

S6

Однак набагато зручніше користуватися силіконовою олією, тому що при вживанні його гума не прилипає ні до скла, ні до металу, навіть при тривалому нагріванні до 100 «С.

Приймачем при вакуум-перегонці може бути апарат Брюля (рис. 418), посудину, зображений на рис. 419, колба Вюрца тощо.

Апарат Брюля є товстостінним скляним циліндром, забезпечений добре притертою кришкою і двома бічними тубусами: верхнім, через який проходить форштос холодильника, і нижнім, який з’єднується з манометром. Усередині циліндра на спеціальному майданчику зі стрижнем, що виходить через гумову пробку у кришці, поміщають кілька приймачів у формі пробірок. Цим стрижнем можна повертати весь майданчик із приймачами, підставляючи їх по черзі під холодильник. Гумова пробка у кришці повинна бути добре змащена вазеліном.

Пробірки ще до початку роботи нумерують. В апарат пробірки поміщають по порядку номерів і перед перегонкою під форштос холодильника ставлять пробірку № 1. При установці пробірок в апараті слід слідкувати за тим, щоб проставлені на них номери були звернені назовні.

Приймач (див. рис. 419), застосовуваний при вакуум-перегонці, являє собою або круглодонну колбу, з декількома відростками, до яких приєднують на гумових пробках інші круглодонні колби, або ж широку трубку з декількома відростками, до яких також приєднують колби. У верхнього кінця приймача є вигнута трубка, що служить для з’єднання з насосом. Через цю трубку повітря відсмоктують із приладу.

При перегонці без фракціонування можна використовувати колбу Вюрца. В цьому випадку холодильник вставляють у горло колби Вюрца так, щоб кінець його був нижчий від відвідної трубки, до якої приєднують манометр і вакуум-насос. Потрібно брати приймачі з мож-

але меншою кількістю з’єднань, прагнучи, де

можна, пробки замінити скляними шліфами.

Для вимірювання розрідження при вакуум-перегонці служить ртутний манометр (мал. 420), який вклю! ють у прилад між приймачем і запобіжною склянкою водоструминного насоса. Ртутний манометр перед! являє собою двічі вигнуту скляну трубку! один кінець якої запаяний, а інший відкритий; запаяна трубка з’єднана з відкритим коліном капіляра. Відкриття

Рис. 420. Манометр ртутний Рис. 421. Крани дво- та трьоххД (вакуумметр). довою.

кінець манометра часто має вигляд трійника. Один кінець цього трійника приєднують до приладу, а інший через скляний кран, краще триходової (рис. 421), запобіжній склянці насоса. У тих випадках, коли манометр не має трійника, відкритий кінець його прА з’єднують до кінця скляного трійника, решта котрих якого з’єднують з приладом і насосом (див. рис. 416» Неодмінною умовою правильної роботи ртутного манометра і отримання правильних результатів являєте! відсутність у запаяному коліні будь-яких елвдів повітря і механічних забруднень.Новий маномет!треба уважно оглянути.

дружин бульбашка повітря, його необхідно видалити. Це найлегше зробити таким чином.

З’єднують манометр з вакуум-насосом (наприклад, водоструминним) і кладуть перший так, щоб капіляр був трохи вищим, ніж запаяний кінець коліна. Потім починають відкачувати повітря, прагнучи отримати якнайбільше розрідження. Потім дуже повільно і обережно наводять манометр у нормальне положення. Через деякий час ртуть відірветься від запаяного кінця, бульбашка ж виштовхнеться і ртуть в обох колінах з’єднається. Іноді таку операцію доводиться повторювати кілька разів, перш ніж вдається видалити пляшечку.

Дуже уважно потрібно оглядати вже працюючі манометри, оскільки іноді в капіляр або запаяне коліно разом з ртуттю проявляються і бульбашки повітря. Це трапляється при необережній роботі, коли після перегонки в апарат впускають повітря, відразу повністю відкривши кран. При виявленні бульбашок повітря в манометрі, що працював, його відокремлюють від підставки і прагнуть видалити повітря за описаним вище способом. Якщо пляшечку повітря таким шляхом не видаляється, це вказує на забруднення внутрішніх стінок манометра. Тоді потрібно розкрити запаяне коліно, добре промити і вичистити манометр, знову запаяти його і тільки після цього заповнювати ртуттю, яку слід також попередньо очистити ретельно. Наповнення манометра ртуттю є дуже важкою операцією та її краще доручати спеціалісту.

Манометр забезпечений рухомою шкалою, посередині якої знаходиться нуль, а від нього вгору і вниз йдуть поділки. Ця шкала служить для вимірювання тиску міліметрах ртутного стовпа. Нульовий поділ ставлять на рівні ртуті у відкритому коліні, і число, яке стоїть проти рівня ртуті в іншому коліні (запаяному), показує тиск у приладі.

Коли пристрій для вакуум-перегонки зібраний на пробках, а не на шліфах, необхідно перевірити його герметичність, тобто подивитися, чи створюється в приладі потрібне розрідження. Якщо розрідження не досягається, перевіряють всі місця з’єднань, щільніше вставляють пробки, глибше надягають гумові трубки і т. д. Якщо ж і це не досягає мети, то як крайню міру можна рекомендувати замазати з’єднання.

Замазувати можна вазеліном або заливати парафі-1 ном, лаками і т. д. Хороші результати дає замазка! що складається з 70 ч. вазеліну та 30 ч. парафіну. Обидві ці речовини змішують при нагріванні, і остиглу за-Я мазку застосовують для роботи. Можна рекомендувати так само сплав воску з каніфоллю, який використовується тільки в розплавленому вигляді. Співвідношення між воском та! каніфоллю зазвичай близько 1:1, але його можна міняти за I бажанням. Перед заливкою замазку розплавляють у металічній ложці і з неї вже заливають місця з’єднання. Замазка плавиться близько 55 °С і твердне околсІ 45-47 °С. Можна користуватися для цієї мети та іншими замазками (див. гл. 26 «Деякі корисні рецепти»). I Хоча замазування місць з’єднання і досягає мети, але до нього слід вдаватися тільки в крайньому випадку. I Взагалі ж потрібно прагнути ретельно підганяти проб- I ки, застосовуючи тільки такі, які дають щільне з’єднання. Тому важливо зберігати одного разу підібрані I до приладу пробки.

Коли перегонка закінчена, насамперед припиняють I нагрівання. Потім закривають скляний кран, що йде до насоса. Після цього дещо відкривають гвинтовий ] затискач, який затискає гумову трубку на капил- I лярної трубці колби Клайзена, і дають повітрю проникнути I всередину приладу. Силу просмоктування повітря коні тролюють за надходженням його в колбу Клайзена і під манометру, причому ртуть повинна повільно переходити з відкритого коліна в закрите. Якщо впустити відразу багато повітря, ртуть може пробити запаяне коліно, і мано- I метр вийде з ладу; крім того, можливе розбризкування I залишків рідини в перегінній колбі і забруднення ними дистиляту. Коли надходження повітря повністю припиниться і манометр прийде в нормальне положення, можна приступити до розбирання апарата. Перш за все віднімають приймач, потім колбу Клайзена.

Для створення вакууму, крім водоструминного насоса, іноді застосовують масляні вакуум-насоси (див. рис. 314). За допомогою цих насосів можна отримати більш високий ступінь розрідження порівняно з розрідженням, що створює водоструминні насоси. Вони працюють від мотора, займають мало місця і зручні в обороті.

ні. Потрібно тільки стежити, щоб у них завжди було масло, і час від часу перевіряти їх.

При роботі з органічними речовинами пари їх неминуче поглинаються маслом і забруднюють його, тому необхідно періодично змінювати масло. Частота зміни олії залежить від того, як довго працює насос. Якщо робота проводиться щодня і довго, масло змінюють приблизно через кожні 15-20 днів. Якщо робота проводиться рідко або щодня, але не довго, то міняти масло можна через 1,5-2 місяці. Доцільно перед насосом поставити поглинальні колонки з активованим вугіллям та натронним вапном. Поглиначі слід міняти за необхідності; масло при цьому зберігається чистим значно довше.

Ці масляні вакуум-насоси можна використовувати також і при фільтруванні. При певній переробці їх можна перетворити на нагнітальні насоси.

Перегонка при високому вакуумі (молекулярна, або пряма перегонка). Звичайна вакуум-перегонка, коли розрідження створюється водоструминним насосом, проводиться при відносно невисокому вакуумі, близько 5-10 мм рт. ст.

Однак є багато речовин, перегонка яких протікає з розкладанням навіть за такого вакууму. У цих випадках застосовують молекулярну перегонку. Вона є процесом поділу переважно рідких сумішей шляхом вільного випаровування у вакуумі порядку Ю-3—10~4
мм рт. ст.
при температурі значно нижче їх температури розкладання. Зазначений процес проводиться, якщо поверхні випаровування та конденсації розташовані на відстані, меншій за довжину вільного пробігу молекул речовини, що переганяється (20—30
мм).
Як змінюється середня вільна довжина пробігу молекул залежно від тиску, видно з наступного прикладу:

Молекулярний Тиск вільного пробігу

вес мм рт. ст. мм

Метод молекулярної, або прямої, перегонки набуває особливої ​​важливості при роботі з висококиплячими речовинами, чутливими до нагрівання, тобто термі-

нестійкими, легко розпадаються ще до досягнення температури кипіння. Для перегонки неорганічних речовин, цей метод використовується рідко.

Молекулярна перегонка дозволяє здійснювати лише два процеси: очищення речовин та відокремлення їх від нелетючих домішок смолистого характеру.

Для проведення зазначеної перегонки запропоновано багато різних апаратів як одноступінчастих, так і багатоступінчастих. В основі роботи багатьох приладів для молекулярної перегонки лежить принцип плівкового випаровування, коли речовина, що очищається, надходить у вигляді плівки товщиною від 0,1 до 1 мм.

Такий прийом найбільш вдалий. Випаровування з поверхні плівки, як уже вказувалося, відбувається швидше, ніж з маси, і залежить від товщини плівки. Крім того, плівку при необхідності легше нагрівати і витримувати при потрібній температурі. Отримані фракції можна повторно перегонити з метою отримання більш ретельно очищеного продукту.

Вакуум порядка 10_3—Ю-5мм рт. ст.

досягається за допомогою двоступінчастого масляно-дифузійного насоса, що становить частину приладу та приєднується до масляно-повітряного насоса, бажано також двоступінчастого. Масляно-дифузійний насос має пристрій для нагрівання електрикою.

Продуктивність установок чи приладів для молекулярної чи прямої перегонки рідко буває вище 10-20 см31ч.

Одним із вдалих приладів для молекулярної перегонки є випарник, показаний на рис. 422. При роботі з будь-яким приладом для молекулярної перегонки насамперед слід звільнити речовину, що переганяється, розчинених у ній газів і легколетючих речовин. Якщо цього не зробити, може статися спінювання, що ускладнить перегонку або зробить її неможливою. У деяких установках пристосування для видалення газу сконструйовано на кшталт теплообмінника, в який вводять речовину через краплинну воронку або капіляр.

На рис. 423 показаний лабораторний апарат, за допомогою якого підвищення вибірковості досягається багаторазовим випаром. Апарат повільно обертається на осі симетрії. Речовина, що знаходиться в зоні 2,

цьому повністю випаровується. Після конденсації в першій ділянці холодильника воно потрапляє в другу ділянку випарника. Цей процес повторюється доти, доки дистилят збереться у зоні 7.

Для отримання кількох фракцій прилади для молекулярної дистиляції іноді влаштовуються так, що залишок від однієї дистиляції піддається ще раз перегонці при вищій температурі. Щоб здійснити цей процес, в прилад вбудовують циркуляційний насос, за допомогою якого залишок можна знову перекачати вгору. На рис. 424 показаний прилад, у якому процес повторюється в результаті того, що апарат у необхідний момент перевертається. Цей процес Рис422 випарник можна повторювати багатократлекулярної перегонки.

але. При іншому методі кілька випарників поміщають один за одним, причому залишок переходить від апарата до апарату і піддається дії більш високої температури перегонки.

Про перегонку під вакуумом слід пам’ятати таке: 1. Збираючи прилад, треба добре підібрати пробки, обов’язково гумові.

Переконавшись, що прилад зібраний пра-

я і

Рис. 423. Десятиступінчастий прилад для молекулярної перегонки:

/ – Зчеплення з приводним мотором; 2

– Місце надходження товару;
3
– випарник
4
– роздільник; 5 – променевий нагрівач;
6
– десятиступінчастий конденсатор; 7 – місце виходу товару.

Вильно, треба вимити окремі частини його (колбу, холодильник і приймачі), ретельно висушити і знову зібрати остаточно.

2. Перш ніж нагрівати колбу Клайзена, слід перевірити, яке розрідження виходить під час роботи вакуум-насоса.

Якщо буде помічено, що ртуть у запаяному коліні манометра не опускається або не вдається досягти потрібного розрідження,
перевіряють місця з’єднань
та ущільнюють ті, через які проходить повітря.

3. Температуру треба піднімати повільно.

Чим повільніше йде перегонка, тим краще. У приймач має капати не більше однієї краплі на секунду, краще — навіть рідше.

4. Після закінчення перегонки відключають прилад від вакуум-насоса.

Потім
дуже обережно і, можливо, повільніше впускають повітря.
При цьому слід спостерігати за манометром. Ртуть у лівому коліні має підніматися повільно. Коли вона заповнить все коліно, Рис. 424. Прилад дух можна впускати сміливіше, але не для молекулярної відразу

перегонки. ^ j-^ розбирання приладу перш за все-

го відокремлюють приймач,

а потім колбу Клайзена; з останньої
відразу ж виймають термометр та капіляр.
6. При фракційній перегонці не можна плутати фракції.

7. Якщо робота ведеться із дефлегматором, треба бути обережним, щоб не зламати його.

8. За роботою масляного вакуум-насоса слід постійно стежити.

ПЕРЕГОНКА З ВОДЯНОЮ ПАРОМ

Перегонка з водяною парою має перевагу перед звичайною перегонкою в тому, що вона може бути вибира-1 ної, так як одні нерозчинні речовини перего-няються з парою, інші не переганяються, деякі ж!

з речовин переганяються настільки повільно, що можна провести чітке поділ їх. Ці особливості та переваги перегонки з водяною парою дозволяють, наприклад, розганяти природні олії та смоли на фракції, одні з яких переганяються з водяною парою, а інші – ні.

Використовуючи перегонку з водяною парою, можна регенерувати нелеткі тверді речовини з їх розчинів у висококиплячих розчинниках, таких, наприклад, як

Рис. 425. Прилад для перегонки з водяною машиною Мал. 426. Парооб-паром: раеователь.

– холодильник з подвійним охолодженням (внутрішнім та зовнішнім);
3
– колба з насадкою для перегонки з парою;
4
– водовідділювач;
5
– стік у каналізацію.

нітробензол (темп. кіп. 210 ° С). Речовини, нелетючі з водяною парою, можна очистити від слідів розчинників за порівняно низької температури описаним вище прийомом.

Для проведення цієї операції збирають апарат (рис. 425), що складається з пароутворювача (паровичка), водовідділювача, перегінної колби, холодильника та приймача.

Пароутворювачем, який називають також і паровичком, зазвичай служить металева посудина (рис. 426). Він має водомірну трубку, паровідвідну трубку та горло. Паровичок заповнюють водою приблизно на 2/з-*/г його обсягу. У горло вставляють пробку, з скляною трубкою, один кінець якої опускають майже до дна паровичка, а інший виходить назовні. Довжина зовнішнього кінця трубки має бути не менше 50 см.

Призначення цієї трубки – захистити

від різкого підвищення тиску, який викликається сильним нагріванням. Як тільки тиск підвищиться, вода підніметься цією трубкою і може навіть викинутися назовні; у цьому випадку вогонь слід зменшити. Нагрівають паровичок без сітки. Паровідвідна трубка з’єднується гумовою трубкою із перегінною колбою.

Недоліком звичайних паровичків є те, що в них іноді треба додавати свіжу воду. При тривалих роботах це незручність, так як для додавання води потрібно припиняти перегонку, від’єднувати паровичок і потім знову збирати всю систему. Більш зручні лабораторні пароутворювачі безперервної дії.

Якщо в лабораторії немає описаного паровичка, його можна виготовити, використавши для цієї мети бляшаний або оцинкованого заліза бідон. У його горло вставляють пробку з двома отворами: один – для запобіжної трубки, другий – для паровідвідної. Як пароутворювач може бути також використана круглодонна колба ємністю не менше 1,5-2 л.

Пробку завжди слід прив’язувати до горла.

Пара, що надходить з паровичка, дуже волога, і перегінна колба може швидко заповнитися водою, тому необхідно застосовувати водовідділювач або бризко-уловлювач. Із запропонованих для цієї мети пристроїв вкажемо на найпростіші, які найлегше виготовити в лабораторії. У приладі, наведеному на рис. 426 водовідділювачем служить низькогорла колба ємністю 250. мл.

У горло колби вставляють гумову пробку з трьома отворами, в які вставляють трубки: для подачі вологої пари з паровичка, для відведення зневодненої пари в перегінну колбу і для періодичного спуску води, що накопичилася в колбі. Спуск проводять, відкриваючи затискач на гумовій трубці, одягненої на скляну водозливну трубку.

На рис. 427 показаний водовідділювач, виготовлений з аллонжу відповідного розміру. Пристрій пристрою видно з малюнка і не вимагає особливих пояснень.

Як перегінну колбу можна застосовувати або колбу Вюрца (відповідних розмірів), або звичайну круглодонну колбу.

У горло колби Вюрца вставляють добре пригнану пробку, якою проходить скляна трубка;

нижній кінець її сягає майже дна, а верхній вигнутий під прямим кутом і служить для з’єднання за допомогою гумової трубки з пароутворювачем.

Якщо в якості перегінної колби взята звичайна круглодонна колба, в пробці просвердлюють два отвори: одне для трубки, з’єднаної з паровичком і доходить до дна колби, інше – для паровідвідної трубки, вигнутої під гострим кутом. Паровідвідна трубка з’єднується із холодильником. Суміш, що підлягає перегонці, наливають у колбу не більше ніж на половину її обсягу; перед перегонкою її підігрівають.

Рис. 427. Водовідділювач з аллонжу.

На кінець холодильника (див. мал. 427) насаджують аллонж (стор. 70). Приймачем можуть бути склянка, колба, мірний циліндр тощо.

Спочатку паровичок від’єднують від перегінної колби та нагрівають. Коли почнеться кипіння, паровичок з’єднують гумовою трубкою із перегінною колбою. Останню, як зазначалося, перед перегонкою нагрівають майже до кипіння рідини. Це необхідно тому, що в іншому випадку пари води, що надходять у перегінну колбу, охолоджуватимуться і конденсуватимуться, збільшуючи об’єм рідини. Якщо суміш попередньо нагріти, то перегонка починається відразу ж і об’єм рідини майже не змінюється. Це підігрів потрібно продовжувати під час перегонки. У приймач буде надходити емульсія, яка при стоянні розшарується, і потрібна речовина (залежно від його щільності) буде збиратися у вигляді шару зверху або знизу.

У деяких випадках, наприклад при перегонці з водяною парою ефірних олій або аналогічних речовин, як приймач застосовують так звану флорентійську склянку (рис. 428). Принцип її влаштування дуже простий. При перегонці з водяною парою дистилят, що містить масло, через лійку стікає у склянку. У міру накопичення дистиляту відбувається відокремлення води від масла, що збирається зверху помітним шаром. Коли цей шар дійде до рівня верхньої трубки, масло стікатиме по ній у поставлений приймач, а перегінні води будуть видалятися через нижню.

Рис. 428. Флорентійська склянка- Мал. 429. Флорентійська склянка для відділення рідин ка для відділення рідин із щільністю меншою, ніж із щільністю більшою, ніж щільність води. густина води.

трубку. Необхідно лише, щоб при монтуванні приладу обидві зливні трубки знаходилися на певному рівні, при якому верхню трубку не потрапляли б перегінні води.

Крім флорентійських склянок, призначених для рідких речовин із щільністю меншою, ніж у води, є й такі, що призначені для речовин із щільністю більшою, ніж у води (рис. 429).

Перегін закінчують, коли з холодильника почне надходити чиста вода.

У деяких випадках перегонку потрібно проводити перегрітою парою. Тоді між паровичком та перегінною колбою ставлять так звані пароперегрівачі (див. стор. 222).

Коли перегонка закінчена, відокремлюють перегінну колбу від пароутворювача і потім гасять пальники. Якщо

це’О не зробити, то при охолодженні пароутворювача в ЦСМ створюється вакуум і рідина з перегінної колби може проникнути в паровичок.

З’єднання та роз’єднання паровичка з перегінною колбою пов’язані з можливістю опіку. Для запобігання цьому можна відповідним чином обладнати пробку паровика (рис. 430). У деяких випадках, крім запобіжної та відвідної трубки, в пробку вставляють ще третю трубку (рис. 430 а).

Вона входить у паровичок на 1-2
см
від нижньої основи пробки; на зовнішній кінець її надягають гумову трубку, що закривається затиском Мора або Гофмана. Перед початком перегонки ця трубка має бути відкрита. Коли вода почне кипіти, трубку зачиняють. Після закінчення перегонки, до роз’єднання приладу трубку знову відкривають. Таким чином, тиск у всьому приладі зрівнюється і виключається небезпека перекидання рідини з перегінної колби. Іноді пробку паровичка обладнують так, як показано на рис. 430, б.

При використанні приладу типу, наведеного на рис. 425 після закінчення перегонки можна просто відкрити затискач, наявний на стічній гумовій трубці водовідділювача. Тоді пара в колбу вже не піде, і небезпеку перекидання рідини з перегінної колби буде запобігти.

Перегін, що складається з двох шарів, розділяють за допомогою ділильної вирви. Переливши в неї перегін, дають йому постояти деякий час, поки не відбудеться розшарування. Потім, відкривши пробку, обережно повертають кроп і дають стекти нижньому шару рідини в якусь посудину. Як тільки верхній шар дійде до крана, останній одразу закривають. Дають вирві постояти деякий час (5-10 хв),

внаслідок чого на дні її може зібратися ще деяка кількість рідини з більшою густиною, її знову випускають через кран. Іноді цю операцію доводиться повторювати двічі-тричі. Після це-

го рідина, що у воронці, виливають через верхній отвір у той чи інший посудину.

Іноді трапляється, що повне розшарування не відбувається навіть після тривалого часу і деяка кількість речовини, що відокремлюється, залишається у воді у вигляді тонкої емульсії. Тоді, після відділення головної маси речовини, наливають воду в ділильну вирву і залишок речовини екстрагують з води будь-яким розчинником (наприклад, ефіром). Після цього відокремлюють ефірний шар, відганяють ефір і додають отримане речовини до його основної маси.

У тих випадках, коли щільність речовини, що відокремлюється? менше 1, для руйнування стійких емульсій можна додати-лягь до води кухонну сіль до утворення насиченого j ного розчину. При цьому щільність водного розчину збільшується до 1,2 і таким шляхом створюється велика різниця щільностей розділюваних рідин, що сприяє більш швидкому їх поділу.

Необхідно при цьому пам’ятати, що рідина з щільністю більшою, ніж одиниця (і меншою 1,2), будуть тонути в чистій воді і спливати в насиченому розчині кухонної солі. Працівники-початківці часто не звертають на це уваги і приймають водний шар за ту ділянку рідину.

У разі рідин з щільністю більше одиниці ви-j солівання може навіть збільшити стійкість емульсій! Щодо зменшення розчинності речовин у водному розчині солі див. 13 “Екстракція”.

При висоленні для руйнування емульсій потрібно застосовувати очищену, а не технічну кухонну! сіль. Остання містить деякі забруднення, що сприяють утворенню стійких емульсій.

Переганяти з водяною парою можна не тільки рідкі речовини, а й кристалічні. При перегоні таких! речовин з водяною парою потрібно уважно стежити, щоб форштос холодильника не надто забивався кри-1 сталлами, що виділяються при охолодженні пари. Якщо! це сталося, очистити холодильник від кристалів можна двома способами. По-перше, довгим дротом col боку приймача. Попередньо потрібно заготовити шматок чистого дроту завдовжки, на 10-15 см

перевищую! довжину форштосу. Той кінець дроту, який вводять у холодильник, слід загнути. Це роблять не тільки «|

для зручності, але й з метою убезпечення форштосу від подряпин. По-друге, можна тимчасово припинити пропускання води через холодильник. Однак це можливе лише тоді, коли температура плавлення речовини менша за 100 °С. Якщо форштос холодильника забився кристалами високоплавкого речовини, після закінчення перегонки через нього пропускають органічний розчинник. Отриманий розчин збирають, а потім розчинник відганяють.

У ряді випадків має сенс застосовувати холодильник Лібіха з можливо широким форштосом або замість холодильника використовувати колбу, що охолоджується водою, в яку надходять пари з перегінної колби. Ця колба має бути більшою ємністю, ніж перегінна.

Кінець перегонки визначають припинення утворення нових кристалів на стінках холодильника; кристали, що залишилися, змивають парою, для цього після закінчення перегонки пропускають пару через холодильник ще протягом декількох хвилин.

Коли у форштосі холодильника не залишиться кристалів, приймач із перегоном корисно охолодити у снігу чи іншим шляхом, щоб прискорити виділення кристалів. Після цього рідину фільтрують, а кристали сушать на фільтрувальному папері або віджимають на пористій шамотній тарілці.

Якщо кристалічна речовина частково розчинна у воді, то після відділення кристалів перегін виливають у ділильну вирву відповідної ємності і додають відповідний органічний розчинник. Отриманий екстракт обробляють, як завжди.

СУБЛІМАЦІЯ АБО ОДУХОВЛЕННЯ

Деякі тверді неорганічні та органічні речовини мають здатність при нагріванні випаровуватися, не плавлячись. При охолодженні пар таких речовин вони переходять з газоподібного в твердий стан, минаючи рідку фазу. Цією властивістю користуються для очищення речовин. Сама операція називається сублімацією, або сублімацією.

Сублімацію, як і перегонку, можна проводити при звичайному тиску або зменшення тиску (вакуум-сублімація). Нижче розглядаються випадки сублімації лише за звичайному тиску.

З речовин, які можна очистити сублімацією слід назвати: йод, сірку, окису миш’яку, хлористим амоній та ін.

У лабораторіях найчастіше доводиться виганяти йод> Пристрій для сублімації невеликих кількостей речовини дуже простий. Це — тонкостінна склянка, поставлена ​​на пісочну лазню так, щоб дно її було занурене в пісок на 1—2 см.

Склянка зверху накривають годинником склом, причому опукла сторона його повинна бути обра! щена всередину склянки (рис. 431). При обережному нагріванні|

Рис. 431.Простейшее устройство Рис. 432. Прибор для для возгонки: возгонки.

/ – Годинникове скло; 2 – склянка; 3

– Термометр;
4
– пісочна лазня.

ванні йод виганяється і на годинному склі збираються! голчасті кристали.

Технічний йод перед сублімацією слід змішати з KI і СаО. Зазвичай на 6 частин продажного йоду слід брати! 1 частина KI і 2 частини СаО, потім суміш розтирають і сублі-j світ затишок.

Іноді, для поліпшення охолодження, на годинникове скло наливають холодну воду або кладуть невеликі ку- сочки льоду.

Значно зручніше працювати з апаратом, влаштованим по типу холодильників, тобто з постійним струмом! холодної води. Один з апаратів такого типу зображений на рис. 432.

Одну трубку приладу приєднують до водопровідного крана, інша трубка служить для відведення води; на неї слід надіти гумову трубку і відвести її до раковини.

не або водозливу. Струм води встановлюють не дуже сильний.

Зазвичай йод для надійності виганяють двічі. Після вторинної сублімації препарат виходить дуже чистим, якщо його не забруднити при зніманні кристалів зі скла. Кристали йоду знімати за допомогою металевого шпателя або ножа не можна, оскільки йод взаємодіє з більшістю металів. Вогняний йод з годинного скла або з апарату для сублімації слід зчищати скляною лопаточкою.

Аналогічним чином можна погнати й інші речовини, згадані вище.

Дуже зручний прилад для сублімації йоду зображений на рис. 433. Нагрівання в ньому проводять за допомогою електричної лампи розжарювання потужністю близько 100 Вт.

Цю лампу
2
вставляють в трубку з асбоцементу або фарфору. У відкритий кінець трубки вставляють хімічний скляний скляний
3,
на дно якого поміщають потрібну кількість йоду, що підлягає очищенню. Склянку закривають спеціальною колбою-холодильником
4.
Холодна вода надходить у ліву трубку колби і виходить через праву.

При необхідності відігнати велику кількість будь-якої речовини апаратуру відповідним чином змінюють. Зазвичай у посібниках препаративної хімії наводиться опис апаратів для кожного окремого випадку.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

Докладніше про перегонку див. Крель Е., Посібник з лабораторної ректифікації, Іздатінліт, 1960; Перегонка, Збірник за ред. А. Вайсбергера, Іздатінліт, 1954; Розен-гарт М. П., Техніка лабораторної перегонки та ректифікації, Госхімнздат, 1951; Юр’єв Ю. К., Практичні роботи з органічної хімії, вип. 11, вид. МДУ, 1957.

Про дистиляцію в кульковому холодильнику див. S tei п е г К., Studer H., Glas-‘u. Instr.-Techn., 5, № 6, 201-202, 204 (1961); РЖХім, 1962, реф. 2Е86.

33—117

Про автоматичний пристрій для фракційної дистиляцій див. Чжоу Жуй-кан, Shiyeu lianzhi, № 13, 12 (1959); РЖХім I960 № 19, 163, реф. 77204.

Примітки

1. Чемберс, Остін.
   Сучасна фізика вакууму. — Бока-Ратон : CRC Press, 2004. — ISBN 0-8493-2438-6.
2. Тадокоро, М. (1968). «Дослідження локальної групи за допомогою теореми Віріала». Публікації Японського астрономічного товариства20
   . Bibcode: 1968PASJ…20..230T.
3. Родін А. М., Дружинін А. В.
   Вакуум // Фізична енциклопедія: [5 т.] / Гол. ред. А. М. Прохоров. – М: Радянська енциклопедія, 1988. – Т. 1: Ааронова – Бома ефект – Довгі лінії. – С. 235-236. – 707 с. – 100 000 прим.
4. Вернер С. Вайгльгофер.
   § 4.1 Класичний вакуум як еталонне середовище // Вступ до складних середовищ для оптики та електромагніту / Вернер С. Вейгльгофер та Ахлеш Лахтакія, ред. — SPIE Press, 2003. — С. 28, 34. — ISBN 978-0-8194-4947-4.
5. Том Г. Маккей.
   Електромагнітні поля в лінійних біанізотропних середовищах // Прогрес в оптиці, том 51 / Еміль Вольф. — Elsevier, 2008. — С. 143. — ISBN 978-0-444-52038-8.
6. Фізична енциклопедія, т.5. Стробоскопічні прилади – Яскравість/Гол. ред. А. М. Прохоров. Ред.кол.: А. М. Балдін,А. М. Бонч-Бруєвич та ін – М.: Велика Українська Енциклопедія, 1994, 1998.-760 с.: іл. ISBN 5-85270-101-7, стор.644
7. Галілей Г.
   Вибрані праці у двох томах. / Упорядник У. І. Франкфурт. – Том 2. – М: Наука, 1964.
8. Schotti HG Curious Technique. 1664 рік.
9. Жах Вакуї? – Рафаелло Маджотті (1597—1656) – IMSS.
10. Корнеліс Де Ваард. Барометричний експеримент. Його попередники та пояснення. Тисячі, 1936. С. 181.
11. Як зробити експериментальну трубку Гайслера
    , щомісячно популярний науково-популярний, лютий 1919 р., сторінка без номерів, відсканована Google Books: https://books.google.com/books?id=7igDAAAAMBAJ&pg=PT3
12. В. П. Борисов (Інститут історії природознавства та техніки ім. С. І. Вавілова РАН.)
    . Винахід, що дав дорогу відкриттям: У 2002 виповнилося 400 років з дня народження винахідника вакуумного насоса Отто фон Геріке // Вісник Української академії наук. – 2003. – Т. 73, № 8. – С. 744-748.
13. В. П. Борисов, Винахід вакуумного насоса і аварія догми «Боязні Пустоти» // Питання історії природознавства і техніки, № 4, 2002
14. Лендіс, Джеффрі
    Вплив на людину вакууму. www.geoffreylandis.com (7 серпня 2007 р.). Проверено 25 березня 2006 року.
15. Біллінгс, Чарльз Е.
    Розділ 1) Барометричний тиск // Книга даних біоастронавтики / Паркер, Джеймс Ф.; Вест, Віта Р.. — Друга. — NASA, 1973. — С. 5. — ISBN NASA SP-3006.
16. Вебб П. (1968). «Костюм для космічної діяльності: еластичний трико для позакорабельної діяльності». Аерокосмічна медицина39
    (4): 376–383. PMID 4872696.
17. Кук Дж. П., Р. В. Бенкрофт (1966). «Деякі серцево-судинні реакції у собак під анестезією під час повторних декомпресій майже до вакууму». Аерокосмічна медицина37
    (11): 1148–1152. PMID 5972265.
18. Хардінг, Річард М.
    Виживання в космосі: медичні проблеми пілотованих космічних польотів. — Рутледж, 1989. — ISBN 0-415-00253-2.
19. American Vacuum Society.
    Glossary.
    AVS Reference Guide
    . Перевірено 15 березня 2006 року. Архівовано 15 червня 2013 року.
20. National Physical Laboratory, UK.
    What do ‘high vacuum’ and ‘low vacuum’ mean? (FAQ – Pressure). Перевірено 22 квітня 2012 року. Архівовано 15 червня 2013 року.

Фізичні теорії

У межах сучасної квантової фізики теорія істинного фізичного вакууму залишається до кінця розробленої. Існує кілька підходів до дослідження цього феномену:

1. Багато частинок з крихітною енергією;
2. Комірчасте середовище, яке має негативний тиск;
3. Квантова рідина складається з фотонних частинок. Вони зчеплені між собою в мозаїку, що нагадує кристалічний хімічний зв’язок;
4. Рідина з квазічастинок з надплинними властивостями;
5. На думку англійського вченого Поля Дірака, це нескінченне море частинок з енергією нижче за нульове значення.

Інтерпретація латинського поняття «vacuum» як «порожнечі», що панувала протягом історії, сьогодні не використовується.

Навпаки, онтологічний сенс його змінився: замість «ніщо» (беззмістовного простору) – «щось» (що містить у собі потенцію всього сущого). Фізики вважають, що вакуум може народжувати всі явища зовнішнього світу і є найбільш базовою сутністю у Всесвіті. А тому – не до кінця пізнаної.

Форма води у вакуумі

Швидкість хвилі (v) означає, наскільки швидко хвилі поширюються в середовищі. Вимірюється в метрах на секунду.

Довжина хвилі (λ) відноситься до відстані, яку хвиля повторює. Це залежить від середовища, через яке проходить хвиля. Вимірюється в метрах.

Частота (f) хвилі означає, скільки разів за певну тривалість часу частинки середовища вібрують під час проходження хвилі через нього. Герц – це одиниця частоти або 1 секунда.

Формула довжини хвилі

Це просте рівняння описує зв’язок між частотою та довжиною хвилі:

Як ви розраховуєте довжину хвилі?

Це легко! Використовуйте наш калькулятор довжини хвилі, щоб знайти потрібну довжину хвилі.

Майте на увазі, що частота не змінюється при переході з одного середовища в інше. Ви можете використовувати формулу довжини хвилі з різною частотою та швидкістю для вирішення складних завдань із кількома середовищами.

Типова швидкість хвилі

Нижче наведено кілька прикладів значень швидкості хвилі. Щоб дізнатися довжину хвилі червоного світла у воді, введіть їх у наш калькулятор довжини хвилі.

Як довжина хвилі світла впливає на фотосинтез?

Найкращі довжини хвиль для фотосинтезу включають ті, які пофарбовані в синій (375-460 нм) і червоний (555-700 нм). Ці довжини хвиль можна поглинати, оскільки вони містять потрібну енергію для збудження електронів у пігментах рослин. Це перший етап фотосинтезу. Ось чому рослини виглядають зеленими, вони поглинають червоне та синє світло!

Який зв’язок між частотою та довжиною хвилі?

Рівняння fλ = c поєднує частоту (f) з довжиною хвилі (l). c — швидкість, з якою поширюється світло. Оскільки швидкість світла залишається постійною, збільшення частоти призведе до зменшення довжини хвилі. Це означає, що частота обернено пропорційна довжині хвилі.

Який колір має найдовшу довжину хвилі?

Червоний колір з найбільшою довжиною хвилі. Він має довжину хвилі 700 нм. Радіохвилі – це хвилі з найбільшою довжиною хвилі. Людське око не бачить, тому не має кольору. Фіолетовий – це колір з найкоротшою довжиною хвилі приблизно 400 нм.

Як можна виміряти довжину хвилі?

Яку довжину хвилі вимірюють?

Довжина хвилі відноситься до відстані між двома піками або впадинами хвилі і вимірюється метрами. Хвилі бувають різних форм і розмірів. Префікс для лічильників може сильно відрізнятися. Це можуть бути кілометри для радіохвиль або мікрометри для видимого світла (хоча часто вказуються в нанометрах) або пікометри для вимірювання гамма-випромінювання.