Справочники. Словари. Энциклопедии

 Энциклопедический словарь юного техника

Слово «вакуум» в переводе с латыни означает «пустота». В природе не бывает абсолютной пустоты — даже в космосе есть мельчайшие частицы вещества, атомы и молекулы. А вакуумом принято называть объем пространства, чаще всего замкнутый, в котором находится газ под низким давлением, в сотни и тысячи раз ниже атмосферного. На поверхности Земли в естественных условиях такое состояние невозможно, поэтому вакуум приходится создавать искусственно, с помощью средств и методов вакуумной техники.

Чтобы получить вакуум в каком-нибудь закрытом сосуде, чаще всего стеклянном или металлическом, из него откачивают газ с помощью вакуумного насоса. Насосы бывают разных типов, причем выбирается -тип насоса в зависимости от степени вакуума, который нужно получить (см. Насос).

Для создания низкого вакуума лучше всего использовать механические насосы. Самый простой среди них — поршневой насос, который устроен подобно обычному, например, велосипедному насосу, только действует он прямо противоположно — поршень не нагнетает газ в объем, а отсасывает его из сосуда и выпускает в атмосферу. Иначе устроен Вращательный механический насос. Его основной элемент — эксцентрично расположенный ротор, в прорезях которого помещены подвижные пластины. При вращении пластины прижимаются к внутренней поверхности камеры, захватывают газ, поступающий через впускное отверстие, выталкивают его через выпускное.

Механическими насосами удается получить разреженный газ с давлением около 1 Па, т. е. средний вакуум. А как быть, если нужен высокий вакуум? На смену механическим приходят струйные насосы. Рабочий элемент такого насоса 4 — сильная струя жидкости или газа, которая захватывает молекулы газа, поступающие из откачиваемого объема, и уносит их с собой. С помощью лучших из струйных насосов — паромасляных, в которых работает струя паров масла, — удается получать высокий вакуум с давлением до 10~6Па.

Для создания сверхвысокого вакуума применяют ряд специальных приборов и методов, цель которых — вылавливать из объема, в буквальном смысле, молекулу за молекулой, повышая постепенно степень разрежения газа. Для этого используют способность некоторых веществ, например металлов — титана, циркония, молибдена,— поглощать газы. Это явление называется сорбцией, а устройства, основанные на нем,— сорбционными насосами.

Кроме насосов, в арсенале вакуумной техники важное место занимают вакуумметры — приборы для измерения степени разрежения газа, или давления. Простейший из них — жидкостный U-образный вакуумметр 3, который представляет изогнутую в виде латинской буквы U стеклянную трубку, заполненную жидкостью. Одним концом вакуумметр присоединен к сосуду, в котором нужно измерить давление, другой конец трубки открыт или запаян. Если плотность жидкости Q, то разность давления в коленах трубки уравновесится столбом жидкости высотой h: Pb—Рк = §Рп. где g — ускорение свободного падения. Если свободный конец трубки не запаян, то Pk<= PafM; если запаян, то Рк =0. Отсюда легко найти давление Рьв сосуде. В качестве рабочей жидкости чаще всего используют ртуть или специальные вакуумные масла с низким выделением молекул с поверхности жидкости в вакуумный объем. С помощью такого вакуумметра можно измерять давления до 10—' Па.

Наиболее точны и универсальны ионизационные вакуумметры. Сих помощью давление газа можно измерять в очень широком диапазоне — от 10~5до 10 ~12 Па. Принцип действия одного из них — электронного вакуумметра 5 состоит в следующем. Между катодом К и анодом А создается сильное электрическое поле. Свободные электроны, всегда имеющиеся в тазе, попадая в это поле, набирают энергию и, сталкиваясь с атомами газа, превращают их в положительные ионы. Отрицательный электрод — коллектор Кол — притягивает к себе эти ионы, причем чем ниже давление газа, тем меньше ионов будет собираться на коллекторе. Измеряя этот ионный ток, можно очень точно определить давление газа.

Особое внимание в вакуумной технике уделяется подбору материалов для вакуумных конструкций. Материалы эти должны обладать по возможности низкой газопроницаемостью и низким собственным газовыделением. Среди лучших конструкционных материалов — металлы, стекло, резина, такие синтетические материалы, как фторопласт, полиэтилен, полиамид.

С получением высокого вакуума связано массовое производство электровакуумных приборов — от осветительных ламп (см. Источники света) до кинескопов всех размеров. Высокий вакуум нужен и физикам: разогнать элементарные частицы до высоких энергий можно лишь в том случае, если на их пути в ускорительной камере будет как можно меньше посторонних атомов и молекул. В вакууме лучше всего удается наносить равномерные металлизированные покрытия на различные материалы, чтобы изготавливать зеркала и елочные игрушки, отражатели прожекторов и автомобильных фар. В металлургии при пониженном давлении газа (около 10~2 Па) легче всего очистить расплавленный металл от ненужных газов и примесей.

Без вакуум-аппаратов немыслима современная пищевая промышленность. На молочных заводах (см. Молочные продукты, молокозавод) в огромных, высотой с двухэтажный дом, вакуум-аппаратах молоко нагревается от труб с паром и благодаря пониженному давлению кипит при сравнительно невысокой температуре (около 50° С). Это позволяет получать сгущенное молоко, сохраняя при этом ценные свойства и вкусовые качества натурального молока. С помощью вакуум-аппаратов на свеклосахарных заводах выпаривают сироп, превращая его в белые кристаллики сахара (см.   Сахар,  сахарный завод).  Через  вакуум проходят и многие другие пищевые продукты при консервировании (см. Консервы, консервный завод).

Наконец, огромное значение играет вакуумная техника в производстве космических аппаратов. Ведь космос — это безбрежный океан вакуума. И потому так необходимо подвергнуть самым строгим испытаниям на вакуумных стендах в земных лабораториях все узлы, механизмы и приборы космического корабля, прежде чем отправить его в плавание по вакууму космического пространства.