Як вимірюють вакуум
Рі сильному розрідженні газу зазвичай вимірюють вакуум-розум, а величину тиску газу, яке існує в ва - куумірованном просторі. Виміряти цей тиск не легко. Точно виміряти тиск в кілька тисячних і навіть мільйонних часток міліметра ртутного стовпа за допомогою простої барометрической трубки неможливо.
Як же виміряти ступінь розрідження при високому ва-вакуумі? Це роблять прямим або непрямим шляхом. При кос-венном вимірі вакууму вимірюють величину тиску газу, а будь-яке властивість газу, яке легко піддається виміру і в великій мірі залежить від величини вакууму. Такий прийом часто використовується в науці і техніці. На-приклад, для вимірювання середньої енергії руху частинок даного тіла, яка характеризується температурою, ми вимірюємо розширення ртуті або іншої рідини в трубці термо-метра.
Найрізноманітніші фізичні явища використовуються для вимірювання вакууму. На схемі (рис. 21) представлені при-бори, за допомогою яких вимірюється вакуум різної величини.
Звичайні тиску в межах від 1 до 760 мм ртутного, стовпа вимірюються за допомогою пружинного вакуумметра, барометрической трубки або і-образного манометра, за-виконаного ртуттю або іншою рідиною. Їх пристрій просто і загальновідомо. При зниженні тиску газу до десятих і сотих часток міліметра ртутного стовпа точність манометрів з прямим відліком тиску газу по висоті стовпа рідини стає недостатньою. Тоді його почи-нают вимірювати побічно.
У лабораторних умовах для вимірювання вакууму від
1 до 1-10 "5 мм ртутного стовпа використовуються так називає-мі компресійні манометри. Їх дія заснована на
Мал. 21. Сфери застосування різних приладів для вимірювання вакууму.
1 - мембранний манометр; 2 - рідинний; 3 - компрес-то Сіонська 4 - теплоелектричний; 5 - розрядний;
Законі Бойля-Маріотта. Вчені вирішили, що якщо важко виміряти малий тиск газу, то можна взяти великий об'єк-му газу, стиснути його в кілька десятків або сотень разів, а потім виміряти тиск. Найбільш відомий компресійний ма-нометр англійського фізика Мак-Леода. У цьому манометрі (р-ис. 22) розріджений газ заповнює певний, відомого-ний обсяг 3, в який за допомогою рухомого судини 4 вводиться ртуть. Газ стискається і заповнює частину Каліб-рованного капіляра 2 відомого обсягу. Знаючи обсяг і тиск газу після стиснення і знаючи вихідний обсяг, що не-важко розрахувати згідно із законом Бойля-Маріотта і вихідний тиск газу.
Для визначення тиску газу при вакуумі до 10
4 мм ртутного стовпа використовуються також теплові і електрич-етичні властивості газів, які сильно змінюються при разре-жении. Здатність будь-якого газу проводити тепло
Залежить від його щільності. Чим більше тиск, під ко-менту, котрим знаходиться газ, тим вище його щільність, тим більша кількість молекул бере участь в перенесенні тепла.
Мал. 22. Схема компрес-Сіон манометра Мак-Леода.
На зміну теплопровідності-сти газів зі зміною їх пліт-ності заснована дія термоелектр-тричних манометра (рис. 23). У манометрі в розрідженому про-просторі поміщена дріт, яка нагрівається струмом визна-ленного напруги. З збільшен-ням розрідження газу кількість тепла, що віддається дротом, па-дає, що призводить до підвищення її температури.
1 з'єднання з вакууміруе - мим простором; 2 - ка-ліброванний капіляр; 3 мірний посуд; 4 - подвиж-ної посудину з ртуттю.
Температура в цьому випадку вимірюється за допомогою термо-пари (спай двох металів). В за-лежно від температури спаю термопари в ній виникає струм більшої або меншої сили, який і вимірюється чутливим при-бором.
Мал. 23. термоелектр-тричних мано-метр.
Зручний і електророзрядний маг-нітних манометр (рис. 24). У ньому використовується здатність розріджених електричний струм високої напря - вання.
У манометрі між полюсами посто-янного магніту 1 поміщена рамка 4, до якої підведений струм напругою 3000 вольт. Сила струму при електричному розряді залежить від розрідження в камері 2 манометра. Вимірюючи силу струму в момент розряду в камері манометра, можна су-дить і про ступінь розрідження.
Для вимірювання найвищого ва-Куум застосовується іонізаційний мано-метр (рис. 25). Пристрій його також ос-Нова на властивостях електричного раз-ряду в вакуумі. У скляній запаяній трубці 1 впаяні два металеві електроди 2 і 3, між якими встановлена металева сітка 4. При підключенні електродів до двох
Протилежних полюсів джерела струму втрубкевознікает струм. Електрони, рухаючись в розрідженому газі від одного елек-Трод до іншого, іонізують попадаються на їхньому шляху молі-кули газу. Ступінь іонізації газу, т. Е. Кількість молекул газу, які отримали електричний заряд, або, як їх на-
Мал. 24. електророзрядними магнітний манометр.