ПЕРЕДМОВА

“Речовина народжується з вакуума завдяки

новому радіоактивному процесу …”

П. А. Дірак

 

“Фізичний вакуум – фундамент нашого світу,

це ніщо, що породжує все. ”

Д. фіз.-мат. наук Богдан Гнатик

 

Вакуумна техніка є важливою спеціальною дисципліною в технічних навчальних закладах і її вивчення без систематичного курсу буде пов’язано з певними труднощами.

Головна мета цього конспекта – допомогти студентам у вивченні курсу “Вакуумна техніка” і в отриманні навичок для виконання різних практично необхідних розрахунків.

Слово “вакуум” у перекладі з латинської означає “пустота” і це дійсно справедливо у світлі нових досліджень і теорій. Але для розуміння питань дисципліни використовують визначення, що вакуумумом називають стан газу з тиском нижче атмосферного. Ясно, що таких станів газу може бути багато, тому умовно вакуум поділяють на такі ступені, як низький, середній, високий і надвисокий. Оскільки вакуум це – стан газу, то необхідно знати закони, за яким можуть змінюватися стани газу.

У дисципліні “Вакуумна техніка” вивчаються техніка отримання і вимірювання вакууму, будова і розрахунок елементів та обладнання, з яких складаються вакуумні системи. Без використання вакуумної техніки неможливі як створення сучасних нових технологій, так і розвиток науково-технічного прогресу.

Для полегшення вивчення курсу наведений матеріал розміщений у послідовності зростання складності.

 

 

Лекція перша

ГОЛОВНІ ПАРАМЕТРИ ТА ОПИС СТАНУ ГАЗІВ

1.1. Поняття тиску і температури

 

Будь-який стан газу характеризують в основному трьома параметрами: тиском, температурою і об’ємом. Зміна будь-якого з цих параметрів відповідає новому іншому станові газу.

З механіки відомо, що тиском називають відношення сили, яка діє перпендикулярно до поверхні, до значення площі цієї поверхі:

, (1.1)

Тобто це сила, яка перпендикулярно діє на одиницю площі і вимірюється в одиницях, що називаються “паскаль” [Па = н/м]. Але у вакуумній техніці більше використовують одиницю “Торр”, яка значно менша одного паскаля (1Торр = 1 мм.рт.ст. =133 Па).

Поняття про температуру ми розуміємо інтуїтивно, відчуваючи різницю між гарячим і холодним тілом, а також знаємо, що при нагріванні тіло може змінювати свої фізичні властивості, наприклад, змінюються розмір, густина, оптичні якості і т.п..

Рис. 1.1

Для обчислення температури була введена шкала таким чином. Шаровидну колбу ( рис. 1.1), що закінчувалась U-подібною трубкою, наповнили воднем, а в трубку помістили краплю ртуті. Такий прилад називається газовим термометром, а температурну шкалу отримали так: спочатку занурили колбу в лід, що тане, і відмітили положення, яке зайняла крапля ртуті, потім колбу занурили в киплячу воду і також відмітили положення краплі. Проміжок між крайніми положеннями краплі ртуті розділили на 100 однакових частин і кожну частину назвали градусом Цельсія, а всю шкалу, з початком 0С, назвали температурною шкалою за Цельсієм. Оскільки зниження температури на один градус зменшує тиск газу на 1/273 частину від значення при 0, то очевидно, що нижче ніж -273С температура газу знизитися не може і цю температуру назвали абсолютним нулем за Цельсієм. Якщо відлік нуля вести від -273, то таку шкалу називають абсолютною температурною шкалою і відстань між сусідніми поділками називають градусом Кельвіна (К). Для відрізнення температуру за Цельсієм позначають малою буквою t, а за Кельвіном – T. Ясно, що TК = tС + 273.

 

1. 2. Електричні методи вимірювання температури

 

Вимірювання теператури можна виконувати ще за допомогою інших, ніж газовий термометр, приладів. Розглянемо два методи, які використовують у вакуумній техніці.