Повече или по-малко празнота
Разредени газове имат различно поведение в зависимост от размера на заграждението, където са затворени.
Достатъчно ли е ниското налягане, за да се определи вакуум? Не и за физик, за когото вакуумът се измерва по отношение на молекулярни сблъсъци. За да се създаде вакуум, съдържащият се в камерата газ, който трябва да се изпразни, трябва да се изпомпва, така че броят на съдържащите се в него молекули да намалява. Въпреки това, поради физическите механизми, които се случват, когато има малко молекулни сблъсъци, изпомпването става още по-трудно, тъй като броят на молекулите, присъстващи в камерата, намалява. Тогава налягането престава да бъде релевантен параметър и трябва да бъде заменено със „средния свободен път“, т.е. със средното разстояние, изминато от молекулата между два сблъсъка. Нека се опитаме да разберем как работи този превключвател между концепцията за ниско налягане и тази за средния свободен път в разредения газ, като разгледаме внимателно как ... създаваме вакуум.
За физика или инженера този израз означава преди всичко отстраняване на газовете от заграждението. В течност и още повече в твърдо вещество силите на привличане са достатъчно големи, за да задържат атомите и молекулите на разстояния от същия порядък като размера на молекулите или самите атоми. При газовете е различно, тъй като топлинното възбуждане надвишава привличането: молекулите на газа са разделени на разстояния, много по-големи от техния размер; те си взаимодействат главно по време на кратки сблъсъци. Тъй като молекулите му се движат свободно, газът има тенденция спонтанно да заема целия наличен обем.
Лопатената помпа
На практика всички вакуумни системи използват това свойство, включително лопатените помпи, една от най-широко използваните системи за създаване на индустриални вакууми. Въртенето на палети, интегрирани с барабан, първо позволява на газа от камерата, която трябва да се изпразни, да заеме обем, по-голям от обема на самата камера. Този газ (в розово на фигурата) се задвижва от движението на лопатките (фаза 1), изолирани от заграждението и отвън (фаза 2), след което се изтласква навън (фаза 3). Докато въртенето продължава, заграждението отново се изолира, докато аспирираният обем се евакуира. С лопатените помпи се постига налягане под един паскал или една десет хилядна от атмосферното налягане. За да излезете отвъд това, имате нужда от други помпени устройства, които поемат, след като лопатената помпа вече не е ефективна.
Нека видим защо в повечето случаи налягането характеризира качеството на вакуума. Това макроскопско количество измерва силата, упражнявана от газа върху стените на заграждението. Това е резултат от непрекъснатите удари на молекули по стените. Следователно налягането на газ е толкова по-високо, тъй като ударите са по-многобройни (плътността на молекулите в газа е висока) или тъй като ударите са по-силни (топлинното разбъркване е силно) .пропорционално на продукта на плътност на газа и неговата температура. То може да бъде ниско само в две ситуации: когато газът е много студен или когато камерата съдържа малко молекули. Вакуумът често се създава при постоянна температура (тази на контейнера), така че налягането директно измерва броя на частиците в единица обем.