Вакуум и его виды

Знаете ли вы, что вакуум бывает разный? Задумывались, какого максимального вакуума можно достичь? А какое применение он находит в промышленности? Мы ответим на эти и многие другие вопросы.

Что такое вакуум

Вакуум – это среда с давлением значительно ниже атмосферного. Чтобы получить давление ниже атмосферного необходимо из сосуда или другого замкнутого объема откачать весь или часть воздуха при помощи вакуумного насоса. Глубина вакуума -  это основная техническая характеристика всех вакуумных насосов.

Глубина вакуума измеряется давлением на стенки сосуда. А точнее, отношением длины свободного пробега частицы к линейным размерам емкости, в которой он создан. С увеличением степени разрежения уменьшается число столкновений молекул в пространстве. Длина свободного пробега частиц увеличивается и зависит только от размеров сосуда, со стенками которого они сталкиваются. Чем реже/слабее молекулы сталкиваются друг с другом, тем глубже вакуум.

А когда молекулы воздуха сталкиваются  реже со стенками сосуда? Все просто. Когда их становится меньше. Допустим, изначально в неком сосуде было 10 000 молекул воздуха. Включаем вакуумный насос. В воздухе осталось, например, 100 молекул. Они будут реже сталкиваться со стенками сосуда и уменьшать давление в нем. Такое разреженное состояние и будет вакуумом. (на самом деле при нормальном давлении в одном литре воздуха содержится 27 секстиллионов молекул — это число с 21 нулями, и даже если мы снизим давление в тысячу раз, в литре вакуума по прежнему будет примерно 27 квинтиллионов молекул — это число с 18 нулями).

Виды вакуума

Степени разрежения (вакуума) бывают следующих видов:

Абсолютного вакуума достичь невозможно – даже при глубоком вакууме в емкости, из которой выкачивался воздух, останутся атомы. Их будет немного, но избавиться от них не получится. Более того, при достаточной глубине вакуума начинают играть заметную роль пары «виртуальных частиц», которые просто рождаются в пространстве «из ниоткуда» и тоже создают хотя и слабое, но — давление.

У каждого из видов вакуума есть определенные пределы давления:

Разумеется, все эти границы весьма условны и могут быть немного сдвинуты для удобства в ту или иную сторону. Например верхняя граница форвакуума традиционно считается или 1 мбар или 1 мм рт ст, хотя эти числа не равны друг дургу. Кстати, обратите внимание, как много молекул воздуха остается даже при переходе в высокий вакуум — 240 миллиардов штук в каждом литре!

Грубый (низкий) вакуум. Применение вакуума в промышленности бывает самым разнообразным. К примеру, низкая степень разрежения может пригодиться при вакуумной сушке, удержании и поднятии грузов, дегазации, промышленной очистке деталей и многом другом. Низкого вакуума легко достичь и он чаще остальных используется в производстве.

Нижняя граница грубого вакуума — это давление, при котором вода больше не может существовать в жидком виде (лед не плавится, а сразу сублимируется в пар). Кроме того, в пределах грубого вакуума работает правило: чем глубже вакуум, тем сильнее прижимаются детали на вакуумных столах и тем больше груза можно поднять при помощи присосок. Но по мере приближения к нижней границе это правило перестает работать. В форвакууме увеличение глубины вакуума уже не дает сколько-нибудь заметного прироста силы прижима.

Форвакуум при форвакууме вода уже не может оставаться жидкой. Благодаря этому можно, например, высушивать замороженные продукты, не повреждая их структуры и сохраняя аромат. Именно при таком вакууме производят сублиматы и лиофилизаты. А еще форвакуум активно используется для запуска насосов высокого вакуума. Потому что высоковакуумные насосы не могут стартовать при атмосферном давлении.

Нижней границей форвакуума является технический продел возможностей двухступенчатых пластинчато-роторных насосов создавать разряжение. Вот так все просто. С другой стороны, при переходе к среднему вакууму сам воздух начинает вести себя иначе.

Средний вакуум используют при изготовлении электронных и катодно-лучевых трубок, фотоэлементов, а также в масс-спектрометрах. При достижении среднего вакуума меняются качественные характеристики газа: он перестает быть сплошной вязкой средой и теперь требует особого подхода к откачиванию. При среднем вакууме перестают протекать многие привычные химические реакции, а рассеяние света резко снижается. Поэтому средний вакуум применяют при работе с полупроводниками, напылением и коротковолновой литографией.

И наконец, высокий вакуум используется для нанесения тонкопленочных покрытий, в термообработке, космической промышленности и при производстве энергоэффективных чипов. При таком давлении газ уже перестает проявлять свойства собственно газа, и начинает вести себя как сообщество отдельных молекул.

Ниже перечислены типы насосов, при помощи которых можно достичь той или иной степени разрежения:

В нашем каталоге представлены только насосы для низкого вакуума, форвакуума и верхней границы среднего вакуума.

,

▶

▶