| тонов 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 куло-новского поля реального электрона они поляризуются и экранируют (т. е. эффективно уменьшают) заряд электрона. По аналогии с диэлектриком, эффект экранирования заряда виртуальными частицами наз. поляризацией вакуума.
В результате поляризации В. электрич. поле заряженной частицы на малых расстояниях от неё слегка отличается от ку-лоновского. Из-за этого, напр., смещаются энергетич. 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.
ВАКУУМ-ИНФИЛЬТРАЦИЯ, метод изучения действия ферментов в живом растении, заключающийся во введении в листья растворов различных веществ. При В.-и. исследуемую часть растения погружают в раствор, над к-рым создают сильное разрежение воздуха. В результате из межклетников выходит воздух, а затем под давлением вновь впущенного воздуха раствор поступает в межклетники. Этим методом были установлены скорость и направление ферментативных реакций в живых тканях. Показано, что соотношение между реакциями синтеза и распада веществ в клетках - характерный признак вида и сорта растения.
Лит.: Курсанов А. Л., Применение метода вакуум-инфильтрации для количественного определения синтезирующего и гид-ролизирующего действия инвертазы в живых растительных тканях, "Биохимия", 1936, т. 1, в. 3; его же, Обратимое действие ферментов в живой растительной клетке, М., 1940.
ВАКУУМ-КОВШ, литейный ковш для извлечения металлургич. расплавов из ванн. В.-к. плотно закрывается крышкой, через к-рую пропущена труба; второй конец трубы погружён в расплавленный металл. В В.-к. насосом создаётся разрежение и металл по трубе засасывается внутрь ковша. В.-к. широко применяется при электролизе алюминия, магния (извлечение шлаков) и др.
ВАКУУММЕТР (от вакуум и ...метр), вакуумный манометр, прибор для измерения давления разреженных газов. Принцип действия, описание устройства и назначения различных В. см. в ст. Вакуумметрия.
ВАКУУММЕТРИЯ (от вакуум и ...метрия), совокупность методов измерения давления разреженных газов. Универсального метода измерений вакуума не существует. При измерении давления основываются на различных физич. закономерностях, прямо или косвенно связанных с давлением или плотностью газа. Единица давления в Между нар. системе единиц (СИ) - ньютон на квадратный метр (н/м2). В вакуумной технике применяется также внесистемная единица мм рт. ст. 1 мм рт. ст. = 133,322 н/м2. Измеряют вакуум вакуумметрами, каждый из к-рых имеет свой диапазон измерения давлений (рис. 1). По устройству
Рис. 1. Диапазоны рабочих давлений различных вакуумметров (пунктирными линиями показаны предельные давления).
[18-7.jpg""283""283""283""283""283""198]
вакуумметры разделяются на жидкостные, механические (деформац., мембранные и др.), компрессионные (напр., вакуумметр Мак-Леода), тепловые (термопарный и теплоэлектрич.), ионизационные, магнитные, электроразрядные, вязкостные, радиометрические. Этими вакуумметрами измеряют полное давление.
При оценке вакуума, помимо полного давления, часто необходимо измерять парциальные давления компонентов газа. Для этого пользуются нек-рыми типами масс-спектрометров и спец. измерителями. В отличие от аналитич. масс-спектрометров, измерители парциальных давлений не имеют собственной вакуумной системы и устанавливаются непосредственно на откачиваемых объёмах. Диапазон измерений парциальных давлений 103- 10-10 н/м2(10-10-12ммрт. ст.).
Рис. 2. Жидкостный U-обраэный вакуумметр с открытым (а) и закрытым (б) коленом.
[18-8.jpg""139""139""139""139""139""102]
В жидкостном (гидростатич.) вакуумметре (рис. 2) газ давит на жидкость, находящуюся в U-образ-ной трубке. В одном из колен нахо-дится газ при измеряемом давлении рв, а в другом - при известном (опорном) давлении рк. Если плотность жидкости Q, то разность давления в коленах уравновесится столбом жидкости высотой h:
[18-9.jpg""111""111""111""111""111""19]
где g - ускорение свободного падения; обычно [18-10.jpg""49""49""49""49""49""13]Применяемые жидкости (ртуть или вакуумные масла) имеют малое парциальное давление пара при рабочей темп-ре и химически нейтральны по отношению к газам и материалу трубки. Жидкостные вакуумметры бывают с закрытым и открытым коленом, колокольные и др. Недостатки жидкостных вакуумметров: проникновение паров жидкости в вакуумную систему, небольшой диапазон измерения давлений с нижним пределом до 10-1 н/м2 (10~3мм рт. ст.). В механическом вакуумметре газ давит на чувствит. элемент (спиральную трубку, сильфон, мембрану). Напр., в мембранном вакуумметре (рис. 3) мембрана герметически отделяет вакуумную систему от объёма, в к-ром поддерживается постоянное опорное давление, обычно в 100-1000 раз меньше измеряемого. Деформация мембраны передаётся стрелке, передвигающейся по шкале.
Рис. 3. Мембранный вакуумметр:
[18-11.jpg""142""142""142""142""142""162]
1 - мембрана; 2 - корпус; 3 -передняя прозрачная поверхность вакуумметра; 4-присоединительный фланец; 5 - система рычагов; 6 - стрелка.
При измерении малых давлений для повышения чувствительности мембрану соединяют с электрич. датчиком. Механич. вакуумметр обычно позволяет измерять давления до 102 н/м2 (1 мм рт. ст.). Компрессионным вакуумметром (рис. 4) можно измерять более низкие давления 10-3 н/л2 (10~5 мм рт. ст.). Действие такого вакуумметра основано на Бойля - Мариотта законе. Основные части прибора: баллон объёмом V, два капилляра одинакового диаметра d, один из к-рых запаян, и трубка, соединяющая прибор с системой, в к-рой измеряется давление; снизу вводится жидкость (в большинстве случаев ртуть), к-рая отсекает в объёме V газ при измеряемом давлении р и затем сжимает его до давления [18-12.jpg""42""42""42""42""42""16]в малом объёме запаянного капилляра [18-13.jpg""69""69""69""69""69""29]где h - высота части капилляра, не заполненная жидкостью. Давление p1 определяется по разности уровней столбиков жидкости в запаянном и открытом капиллярах. По закону Бойля - Мариотта р = p1V1/V, т. о. измеряемое давление можно определить, если известны d и V.
Показания жидкостных, механич. и компрессионных вакуумметров не зависят от природы газа.
Рис. 4. Схема компрессионного вакуумметра Мак-Леода.
[18-14.jpg""84""84""84""84""84""224]
Для измерения вакуума до 10-2 н/м2 (10-4 мм рт. ст.) можно применять также и тепловой вакуумметр, принцип действия к-рого основан на зависимости теплопроводности разреженных газов от давления. Датчиком прибора служит герметичный баллон с проволокой, нагреваемой электрич. током. При изменении давления в системе изменяется отвод тепла от нити датчика и, следовательно, её темп-pa (при постоянной мощности). Различают термопарные вакуумметры, темп-pa нити к-рых измеряется присоединённой к ней термопарой, и теплоэлектрич. вакуумметры сопротивления, темп-ру нити к-рых определяют по её электрическому сопротивлению.
В ионизационном вакуумметре газ ионизуется к.-л. источником постоянного ионизующего излучения. Интенсивность ионизации газа зависит от давления. В электронных ионизац. вакуумметрах ионизация производится потоком электронов. Обычно такой вакуумметр имеет три электрода (рис. 5): катод К, анод А, создающие электрическое поле, которое ускоряет электроны и сообщает им энергию, необходимую для ионизации; отрицат. коллектор Кол, собирающий образующиеся в газе положит, ионы.
Рис. 5. Схема ионизационного вакуумметра: А - анод; К - катод; Кол - коллектор.
[18-15.jpg""105""105""105""105""105""189]
Сила ионного тока в цепи коллектора служит мерой давления газа. Ионизационными вакуумметрами можно измерять вакуум в широких пределах (см. рис. 1). Сверх-высоковакуумным ионизац. вакууммет-
ром, т. н. лампой Байярда-Альперта (рис. 6), можно измерять давления в широких пределах. Этот вакуумметр имеет катод, находящийся снаружи, и коллектор, к-рым служит тонкая про-
Рис. 6. Лампа Байярда-Альперта: 1 - анод; 2- катод; 3 - коллектор; А - анод.
[18-16.jpg""130""130""130""130""130""190]
волока, помещённая внутри анодной сетки. Таким вакуумметром можно измерять давления до 10-8 н/м2 (10-10 мм рт. ст.). Ионизац. вакуумметр Лаффер-ги (рис. 7) работает в магнитном поле. Это позволяет удлинить пути электронов в рабочем пространстве и обеспечить высокую эффективность ионизации при очень малом электронном токе. Нижний предел измерений такого вакуумметра - 10-11 н/м2 (10-13 мм рт. ст.). Для измерения давлений до 10-5 н/м2 (10-7 мм рт. ст.) применяют ионизационный радио-Рис. 7. Вакуумметр Лафферти: 1 - катод; 2 - анод; 3 - коллектор; 4 - экран; 5 - магнит; Н- напряжённость магнитного поля.
[18-17.jpg""136""136""136""136""136""207]
Изотопный вакуумметр (альфатрон), в к-ром ионизация газа осуществляется а-частицами.
В магнитном электроразрядном вакуумметре использована зависимость тока электрич. разряда в магнитном поле от концентрации газа, а следовательно, и от его давления. Этими вакуумметрами также можно измерять сверхвысокий вакуум до 10-12 н/м2 (10-14 мм рт. ст.). Вакуумметр (рис. 8) состоит из преобразователя, имеющего 2 плоскопараллельные катодные пластины К и помещённый между ними кольцевой анод А, плоскость к-рого параллельна пластинам. Трубка расположена в магнитном поле постоянного магнита с напряжённостью Н= 32 ка/м: (400 э); направление поля перпендикулярно пластинам. Между электродами приложено напряжение U = 2-3 кв через сопротивление R = 1 Мом. Сила разрядного тока служит мерой давления и измеряется гальванометром Г. Совместное действие электрич. и магнитного полей многократно удлиняет траектории электронов и увеличивает вероятность ионизации газа. Это приводит к возникновению и существованию самостоят, разряда при очень низких давлениях. Первыми электроразрядными вакуумметрами измеряли давления до 10-2 н/м2
(10-4 мм рт. ст.), а совр. электроразрядными вакуумметрами (в т. ч. выпускаемыми в СССР) - до 10-12 н/м2 (10-14мм рт. ст.).
Вязкостный вакуумметр применяют в лабораторной практике для измерения давлений до 10-4 н/м2 (10-6 мм рт. ст.). Принцип его действия основан на зависимости вязкости разреженного газа от его давления. Существуют демпферный вязкостный вакуумметр и вязкостный вакуумметр с диском. В первом мерой давления служит время затухания свободных колебаний к.-л. вибратора в газе. Во втором - вращающийся с большой скоростью диск передаёт через газ вращающий момент др. диску, подвешенному на тонкой нити; угол поворота этого диска служит мерой давления.
В радиометрическом вакуумметре используется радиометрический эффект. Между двумя неодинаково нагретыми пластинами, помещёнными в разреженный газ, возникают силы, отклоняющие пластины на величину, пропорциональную давлению газа.
Рис. 8. Схема магнитного электроразрядного вакуумметра: р - давление,N и S-сев. и юж. полюсы магнита; Л - анод; К - катод; Н - напряжённость магнитного поля; Г - гальванометр.
[18-18.jpg""184""184""184""184""184""102]
Показания такого вакуумметра почти не зависят от природы газа. Предел измерения 10-5 н/м2(10-7 мм рт. ст.). Лит.: Дэшман С., Научные основы вакуумной техники, пер. с англ., М., 1964; Эшбах Г. Л., Практические сведения по вакуумной технике, М.- Л., 1966; Лекк Д. X., Измерение давления в вакуумных системах, пер. с англ., М., 1966; Востров Г. А. и Розанов Л. Н., Вакуумметры, Л., 1967.
Л. П. Аверина, А. М. Григорьев, Л. П. Хавкин.
ВАКУУМНАЯ АРМАТУРА, комплект вспомогательных, обычно типовых устройств вакуумной системы. Требования, предъявляемые к В. а.: весьма высокая герметичность всех её деталей и соединений и очень малое отделение газа с её стенок и уплотнителей. К В. а. относятся: вентили запорные и регулирующие с ручным (рис. 1), электрич., гидравлич. или пневматич. приводом; затворы для перекрытия проходов с большим поперечным сечением, с теми же видами привода; натекатели клапанного и игольчатого типов, служащие для точного дозирования весьма малых количеств газа, или трубчатого типа, открывающие проток газа при нагревании капиллярной трубки (рис. 2); вводы электроэнергий, охлаждающей воды или жидких газов; окна смотровые для наблюдения за процессами в вакууме и для вывода различных видов излучения; некоторые виды устройств для передачи в вакуумные объёмы механич. движения и др.
Рис. 1. Схема вакуумного сильфонного вентиля с ручным управлением.
К В. а. также причисляют механич. вакуумметры (остальные их типы, ввиду многообразия и сложности, составляют самостоят, область вакуумной техники; см. Вакуумметрия).
[18-20.jpg""260""260""260""260""260""99]
Рис. 2. Трубчатый вакуумный натекатель: 1 - капиллярная трубка; 2 - проволока; 3 - подогреватель (показана его обмотка).
[18-19.jpg""176""176""176""176""176""195]
Соединения В. а. низкого вакуума ynj лотняются прокладками из вакуумной резины, подвижные штоки - сальниковыми устройствами спец. конструкции. В системах высокого и сверхвысокого вакуума для подвижных штоков обычно применяются сильфоны, отделяющие приводной механизм от вакуумного объёма (см. рис. 1). Прокладки для В. а. сверхвысокого вакуума делают из спец. сортов термостойкой резины, нек-рых видов пластмасс или из пластичных металлов.
Лит.: Ланис В. А., Левина Л. Е., Техника вакуумных испытаний, 2 изд., М.- Л., 1963; Пипко А. И., Плисковский В. Я., Пенчко Е. А., Оборудование для откачки вакуумных приборов, М.-Л., .1965. А. В. Балицкии.
ВАКУУМНАЯ ПЛАВКА, плавка металлов и сплавов под пониженным давлением, чаще всего 10-1-10-4н/м2 (10-3- 10-6 мм рт. ст.). Позволяет эффективно очищать металл от газов (азота, кислорода и водорода), примесей цветных металлов и неметаллич. включений; успешно используется в производстве металлов для особо ответств. изделий. Эту плавку осуществляют в вакуумных электропечах. В. п. металлов и сплавов получила пром. применение в нач. 50-х гг. 20 в. Этим методом в СССР ежегодно выплавляют сотни тыс. т высококачественных сталей, сплавов и чистых металлов.
ВАКУУМНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, спектроскопия коротковолновой ультрафиолетовой области и мягких рентгеновских лучей (длиной волны от 200 до 0,4- 0,6 нм, или от 2 000 до 4-6 А). Излучение в этом диапазоне длин волн сильно поглощается в воздухе, поэтому в В. с. спектральный прибор, приёмник и источник излучения помещают в герметич. камеру, из к-рой откачан воздух до давления 10-4-10-5мм рт. cm. (10-2-10-3 н/м2). Камеру часто наполняют инертными газами (напр., гелием), к-рые не поглощают излучение. Источником излучения в В. с. чаще всего служит высоковольтная вакуумная (или "горячая") искра, работающая при напряжении 50 кв и искровом промежутке ок. 1 мм. Установка, создающая искру, помещена в одной камере со спектральным прибором.
Приборы и методы, применяемые в В. с., обладают специфич. особенностями, обусловленными непрозрачностью обычных оптич. материалов для коротковолновой области. Для длин волн меньше 110 нм (1100 А) вместо приборов с обычными призмами и линзами применяют спектрографы с вогнутыми дифракционными решётками из стекла либо изогнутыми кристаллами (напр., слюда), действующими как дифракционная решётка.
Исследование спектров испускания и поглощения в ультрафиолетовой области имеет большое значение для изучения строения внутренних электронных оболочек атома, систематики атомных и электронных молекулярных спектров, для расшифровки спектров звёзд и туманностей. Особенно большое значение имеет В. с. для физики высокотемпературной плазмы.
Лит.: Сойер Р., Экспериментальная спектроскопия, пер. с англ., М. 1953; Гаррисон Д., Лорд Р., Луфбуров Д., Практическая спектроскопия, пер. с англ., М., 1950.
ВАКУУМНАЯ ТЕХНИКА, совокупность методов и аппаратуры для получения, поддержания и контроля вакуума.
История развития физики и химии, а также ряда отраслей пром-сти неразрывно связана с развитием В. т. Герои из Александрии (вероятно, 1 в.) описывает приспособления (рис. 1 и 2), к-рые можно считать прототипами пневматических механизмов, использованных позднее для создания разрежения. Первые опыты с вакуумом относятся к 40-м гг. 16 в. В 1654 нем. учёный О. фон Герике поставил опыт с Магдебургскими полушариями, наглядно показав существование атм. давления. Насос, к-рым он пользовался, был первым насосом для получения вакуума (рис. 3).
[18-21.jpg""277""277""277""277""277""235]
Изготовление ламп накаливания (1879) вызвало дальнейшее развитие В. т. Значит, вклад в В. т. внёс нем. учёный В. Ге-де. В 1905 он впервые применил вращат. ртутный насос, в 1913 создал первый молекулярный насос (рис. 4), в 1915 опубликовал отчёт о диффузионном насосе (рис. 5). В 1916 амер. учёный Ленгмюр создал конденсац. парортутный насос (рис. 6).
Быстрое развитие В. т. связано с развитием электроники, ядерной энергетики, ускорительной техники. Совр. достижения в области вакуумной дистилляции, широкое распространение вакуумно-метал-лургич. и вакуумно-химич. процессов, работы в области управляемых термоядерных реакций, техника получения тонких плёнок, особо чистых материалов для космич. летательных аппаратов и испытания этих аппаратов в условиях, близких к космическим, стали возможны только благодаря высокому уровню развития совр. В. т. В июне 1958 в Бельгии состоялся первый Международный конгресс по В. т., решением к-рого было создание Международного общества по вакуумной физике и вакуумной технике.
Ваку |
