Вакуум
Значение слова Вакуум по Ефремовой:
Вакуум - 1. Состояние газа при давлениях значительно ниже атмосферного. // Среда, содержащая сильно разреженный газ.
2. перен. Пустота в чем-л. // Отсутствие чего-л.
Значение слова Вакуум по Ожегову:
Вакуум - Состояние сильно разреженного газа при низком давлении Spec
Вакуум Полное
отсутствие, острый недостаток чего-нибудь Lib
Вакуум в Энциклопедическом словаре:
Вакуум - в квантовой теории поля - низшее энергетическое состояниеквантового поля. Среднее число частиц - квантов поля - в ваккуме равнонулю, однако в вакууме может происходить рождение виртуальных частиц,которые влияют на физические процессы (что обнаружено экспериментально).
(от лат. vacuum - пустота) -
состояние газа при давлениях p, болеенизких, чем атмосферное. Различают
низкий вакуум (в вакуумных приборах иустановках ему соответствует
область давлений p
выше 100 Па),
средний (0,1Па '' p '' 100 Па),
высокий (10-5 Па '' p '' 0,1 Па), и
сверхвысокий (p '' 10-5Па).
Понятие ''вакуум'' применимо к газу в откаченном объеме и в свободномпространстве, напр. к космосу.
Значение слова Вакуум по словарю Ушакова:
ВАКУУМ, вакуума, м. (латин. vacuum - пустое) (тех.). Состояние сильно разреженного воздуха внутри закрытого непроницаемого резервуара. В радиолампе вакуум достигает одной миллиардной доли атмосферы.
Определение слова «Вакуум» по БСЭ:
Вакуум - Вакуум (от лат. vacuum - пустота)
состояние газа при давлениях значительно ниже атмосферного. Понятие В. применяется обычно к газу, заполняющему ограниченный объём, но нередко его относят и к газу, находящемуся в свободном пространстве, например в космосе. Поведение газа в вакуумных устройствах определяется соотношением между длиной свободного пробега λ молекул (или атомов) и размером d, характерным для данного прибора или процесса.
Такими размерами могут быть, например, расстояние между стенками вакуумного объёма, диаметр вакуумного трубопровода, расстояние между электродами электровакуумного прибора и т.п. В зависимости от соотношения λ и d различают: низкий В. (λ << d), cpeдний В. (λ ∼ d), и высокий В. (λ << d).
В вакуумных установках и приборах размером d ∼ 10 см низкому В. соответствует область давлений выше 10І н/мІ (1 мм рт. ст.), среднему В. - от 10І до 10−1 н/мІ (от 1 до 10−3 мм рт. ст.) и высокому В. - ниже 0,1 н/мІ (10−8 мм рт. ст.). Область давлений ниже 10−6 н/м2 (10−8 мм рт. cm.) называют сверхвысоким В. Однако, например, в порах или каналах диаметром d ∼ 1 мкм поведение газа соответствует высокому В. при давлениях, начиная с 10і н/мІ (десятки мм рт. ст.), а в камерах для имитации космического пространства, размеры которых достигают десятков метров, границей между средним и высоким В. считают давления 10−3 н/мІ (10−5 мм рт. ст.).
Наиболее высокая степень В., достигаемая существующими методами, соответствует давлениям 10−13-10−14 н/мІ (10−15-10−16 мм рт. ст.). При этом в 1 смі объёма остаётся всего несколько десятков молекул. Достигаемая степень разрежения определяется равновесием между скоростью откачки газа и скоростью его поступления в откачиваемый объём. Поступление может происходить за счёт проникновения газа в вакуумную камеру извне через микроскопические отверстия (течи), а также в результате выделения газа, адсорбированного стенками или растворённого в них (см. Адсорбция).
Свойства газа в условиях низкого В. определяются частыми столкновениями молекул газа друг с другом, сопровождающимися обменом энергией между ними. Такой газ обладает внутренним трением (см. Вязкость). Его течение подчиняется законам аэродинамики (см. Аэродинамика разреженных газов). Явления переноса (электропроводность, теплопроводность, внутреннее трение, диффузия) в условиях низкого В. характеризуются плавным изменением или постоянством градиента переносимой величины. Например, температура газа в пространстве между
«горячей» и «холодной» стенками в низком В. изменяется постепенно. При этом переносимое количество тепла (Теплопроводность) или вещества (Диффузия) не зависит от давления. Если газ находится в двух сообщающихся сосудах при различных температурах, то при равновесии давления в этих сосудах равны. При прохождении тока в низком В. определяющую роль играет ионизация молекул газа (см. Электрический разряд в газе, Ионизация).
В высоком В. свойства газа определяются только столкновениями его молекул со стенками. Столкновения молекул друг с другом происходят редко и играют второстепенную роль. Движение молекул между стенками происходит прямолинейно (молекулярный режим течения газа). Явления переноса характеризуются возникновением скачка градиента переносимой величины на стенках; например, во всём пространстве между горячей и холодной стенками примерно половина молекул имеет скорость, соответствующую температуре холодной стенки, а другая половина - скорость, соответствующую температуре горячей стенки, т. е. средняя температура газа во всём объёме одинакова и отлична от температуры как горячей, так и холодной стенок. Количество переносимого тепла, вещества и т.д. прямо пропорционально давлению газа. Давление газа, находящегося в сообщающихся сосудах, p1 и p2 при различных абсолютных температурах T1 и T2 определяется соотношением:
4/0402566.tif
Прохождение тока в высоком В. возможно только в результате испускания (эмиссии) электронов и ионов электродами (см. Термоэлектронная эмиссия. Туннельная эмиссия. Вторичная электронная эмиссия, Фотоэлектронная эмиссия, Ионная эмиссия). Ионизация молекул газа здесь играет второстепенную роль. Она существенна в тех случаях, когда длина свободного пробега заряженных частиц искусственно увеличивается и становится значительно больше расстояния между электродами (см., например, Магнетрон, Магнитный электроразрядный манометр), или при их колебательном движении вокруг какого-либо электрода (см. Клистрон, Ионизационный манометр).
Свойства газа в среднем В. являются промежуточными между его свойствами в низком и высоком В.
Особенности сверхвысокого В. связаны уже не с соударениями частиц, а с др. процессами на поверхностях твёрдых тел, находящихся в В. Поверхность любого тела всегда покрыта тонким слоем газа, который может быть удалён нагревом (обезгаживание). После этого поверхностные свойства тел резко изменяются: сильно увеличивается коэффициент трения, в ряде случаев становится возможной сварка материалов даже при комнатной температуре и т.д. Удалённый слои газа постепенно восстанавливается в результате адсорбции молекул газа, бомбардирующих поверхность, что сопровождается изменением её поверхностных свойств. Для изменения этих свойств достаточно образования мономолекулярного слоя газа. Время t, необходимое для образования такого слоя в В., обратно пропорционально давлению.
При давлении p = 10−4 н/мІ (10−6 мм рт. ст.) t = 1 сек, при др. давлениях время t (сек) может оцениваться по формуле: t = 10−6 * p, где p - давление в мм рт. ст. (или по формуле t = 10−4 * p), где p - давление в н/мІ. Эти формулы справедливы, если каждая молекула газа, ударяющаяся о поверхность, остаётся на ней (так называемый коэффициент захвата равен 1). В ряде случаев коэффициент захвата меньше 1 и тогда время образования мономолекулярного слоя соответственно увеличивается. При p < 10−6 н/мІ (10−8 мм рт. ст.) образование мономолекулярного слоя газа происходит за время, превышающее несколько мин. Сверхвысокий В. определяется как такой В., в котором за время наблюдения не происходит существенного изменения свойств поверхности (первоначально свободной от газа) вследствие её взаимодействия с молекулами газа. О получении и применении В. см. Вакуумная техника, об измерении В. - Вакуумметрия.
Лит. см. при ст. Вакуумная техника.
А. М. Родин.
Вакуум -
физический, среда, в которой нет частиц вещества или поля. В технике В. называют среду, в которой содержится «очень мало» частиц; чем меньше частиц находится в единице объёма такой среды, тем
более высок В. Однако
полный В. - среда, в которой
совсем нет частиц,
вовсе не есть лишённое всяких свойств «ничто».
Отсутствие частиц в физической системе не означает, что она «абсолютно пуста» и в ней
ничего не происходит.
Современное
понятие В. оформилось в рамках квантовой теории поля. В
микромире, который описывается квантовой теорией, имеет
место Корпускулярно-волновой дуализм: любые
частицы (молекулы, атомы, элементарные частицы) обладают некоторыми волновыми свойствами и любым волнам присущи
некоторые свойства частиц (корпускул). В квантовой теории поля все частицы, в том числе и
«корпускулы» световых волн, фотоны, выступают на одинаковых основаниях - как кванты соответствующих им физических полей:
фотон -
квант электромагнитного поля;
электрон и
позитрон - кванты электронно-позитронного поля;
мезоны - кванты мезонного, или ядерного, поля и т.д. С каждым квантом связаны присущие частицам физические величины:
масса, энергия, количество движения
(импульс), электрический
заряд, Спин и др.
Состояние системы и её физические
характеристики полностью определяются числом составляющих её частиц - квантов - и их индивидуальными состояниями.
В
частности, у
любой квантовой системы имеется вакуумное
состояние, в котором она вовсе не содержит частиц (квантов). В таком состоянии энергия системы принимает наименьшее из возможных
значений, а её заряд, спин и
прочие характеризующие систему Квантовые
числа равны нулю. Эти факты интуитивно понятны: поскольку в вакуумном состоянии нет материальных носителей физических свойств, то, казалось бы, для такого состояния значения всех физических величин должны
равняться нулю. Но в квантовой теории действует
принцип неопределённостей (см. Неопределённостей соотношение),
согласно которому только
часть относящихся к системе физических величин может
иметь одновременно точные значения;
остальные величины оказываются неопределёнными. (Так, точное
задание импульса частицы влечёт за
собой полную
неопределённость её
координаты.) Поэтому во всякой квантовой системе не могут одновременно
точно равняться нулю все физические величины.
К величинам, которые не могут быть одновременно точно заданы, относятся, например,
число фотонов и
напряжённость электрического (или магнитного) поля: строгая
фиксация числа фотонов приводит к
разбросу (флуктуациям) в величине
напряжённости электрического поля относительно некоторого среднего значения (и
наоборот). Если число фотонов в системе в точности
равно нулю (вакуумное состояние электромагнитного поля), то напряжённость электрического поля не имеет определённого значения: поле всё время
будет испытывать флуктуации, хотя
среднее (наблюдаемое) значение напряжённости будет равно нулю.
Таким флуктуациям подвержены и все другие физические поля - электронно-позитронное, мезонное и т.д.
В квантовой теории поля флуктуации интерпретируются как
рождение и
уничтожение виртуальных частиц (то есть частиц, которые непрерывно рождаются и
сразу же уничтожаются), или виртуальных квантов данного поля.
Наличие флуктуаций не сказывается на значениях полного электрического заряда,
спина и др. характеристик системы, которые, как уже говорилось, равны нулю в состоянии В. Однако виртуальные частицы точно так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные. Например, виртуальный фотон способен
породить виртуальную пару электрон-позитрон,
аналогично рождению реальным фотоном
реальной электрон-позитронной пары (см. Аннигиляция и рождение пар).
Благодаря флуктуациям В. приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах, и,
следовательно, состояние В. обладает всеми правами
«настоящих» физических состояний.
Рассмотрим систему, состоящую только из одного реального электрона. Реальных фотонов в такой системе нет, но флуктуации фотонного В. (этот
термин и означает
отсутствие реальных фотонов) приводят к
возникновению «облака» виртуальных фотонов
возле этого электрона, а
вслед за ними - виртуальных пар электрон-позитрон. Такие пары проявляют себя
подобно связанным зарядам в диэлектрике: под действием кулоновского поля реального электрона они поляризуются и экранируют (то есть эффективно уменьшают) заряд электрона. По аналогии с диэлектриком,
эффект экранирования заряда виртуальными частицами называется поляризацией вакуума.
В результате поляризации В электрическое поле
заряженной частицы на
малых расстояниях от неё
слегка отличается от кулоновского.
Из-за этого, например, смещаются энергетические уровни ближайших к ядру электронов в атоме (см.
Сдвиг уровней). Поляризация В. влияет и на поведение заряженных частиц в магнитном поле. Характеризующий это поведение магнитный
момент частицы в итоге отличается от своего
«нормального» значения, определяемого
массой и спином частицы (см.
Магнетон). Поправки как к уровням энергии, так и к магнитному моменту, составляют доли процента, и теоретически вычисленные значения с
очень высокой
точностью согласуются с измеренными на опыте.
Лит. см. при ст. Квантовая
теория поля.
В. П.
Павлов.
Вакус
Вакуум
Вакуум-
