ВАКУУМ

КАК ПОЛУЧИТЬ ВАКУУМ

Ак же получить высокий вакуум? Как удалить из сосу­да (прибора, аппарата) большую часть молекул газов, входящих в состав воздуха или другого газа? Ведь при высоком вакууме в сосуде должно остаться в миллиарды раз меньше молекул газа, чем их было при обычном дав­лении.

Легко освободить какую-либо емкость от жидкости: ее выливают или откачивают насосом. Труднее освободить сосуд от газа, его нельзя «вылить». Возьмем баллон, напол­ненный каким-либо сжатым газом, и откроем кран. Газ будет выходить из баллона до тех пор, пока давление в бал­лоне не уравняется с давлением наружного воздуха. Одно­временно будет происходить процесс взаимной диффузии газа и воздуха. Молекулы газа будут выходить наружу, а на их место начнут поступать молекулы газов воздуха. Про­цесс закончится тем, что баллон заполнится воздухом. Хотя таким путем мы и освободили баллон от газа, но вакуум в баллоне не создали. Следовательно, чтобы создать вакуум, необходимо принудительно откачивать газ из баллона, не пропуская на его место воздух.

Откачка газа или воздуха производится при помощи специальных насосов различных конструкций.

Для каждого вида работ в технике создаются машины различного устройства. В зависимости от поставленной за­дачи размеры, мощность и точность механизма изменяются. Так и в вакуумной технике. Ни одна из конструкций насо­сов для создания вакуума не может одинаково хорошо рабо­тать и при обычном давлении, и при малых разрежениях, и

При высоком вакууме. Поэтому для создания вакуума при­меняются насосы различного устройства.

На заре вакуумной техники вакуум создавали поршневы­ми насосами. Первым таким насосом был воздушный насос Герике, о котором мы рассказывали выше. Но поршневые насосы не могут создать высокого вакуума потому, что при достижении определенного разрежения наступает момент, когда количество газа, просачивающееся между цилиндром и поршнем, становится равным количеству удаляемого газа и насос перестает откачивать газ, он работает вхолостую. Вот почему в настоящее время поршневые вакуум-насосы применяются лишь там, где не требуется высокой степени разрежения.

В начале XX века для создания вакуума появились бо­лее совершенные ротационные насосы. В настоящее время они имеют наибольшее распространение.

Устройство ротационного насоса показано на рис. 11. Быстро вращающийся ротор 1 имеет выдвижные лопасти 2У которые подхватывают газ, поступающий по всасывающему

Патрубку 3, и выбрасывают в выхлопную трубу 4. Обычно весь насос помещают в масляную ванну, чтобы улучшить гер­метизацию насоса, то есть предупредить возможное проса­чивание воздуха. За каждый оборот ротор забирает все новые порции газа из откачиваемого пространства и вытал­кивает их в атмосферу. Когда разница в давлении газа на входе в насос и на выходе из него будет очень большой, газ из выхлопной камеры настолько сильно просачивается во всасывающую камеру, что дальнейшее увеличение вакуума прекращается. В этот момент работа насоса становится по­хожей на ту бесполезную работу, которую народная посло­вица метко назвала «таскать воду решетом». Сколько моле­кул газа захватывают лопасти ротора, столько же их и воз­вращается через зазор между лопастями и цилиндром обрат­но во всасывающую камеру.

А можно ли получить еще более высокий вакуум? Да, можно, если соединить последовательно два, три и более на­сосов, то-есть сделать насос многоступенчатым. В вакуум­ной технике так и делают. Ротационные вакуум-насосы при­меняются в промышленности для создания разрежения до 10~3 мм ртутного столба.

Интересно устройство так называемого молекулярного насоса. В этом насосе (рис. 12) имеется быстровращающий - ся гладкий ротор /, скорость движения. поверхности которо­го близка к скорости движения молекул. Сделать это не так трудно. Если для обычных газов скорость движения моле­кул исчисляется сотнями метров в секунду, то при скорости движения поверхности ротора 10—50 м/сек он начинает да­же подгонять молекулы в направлении своего вращения. Достичь таких скоростей движения ротора при современной технике легко: при диаметре ротора 40 см и 1000 об/мин линейная скорость поверхности ротора будет около 21 м/сек. Молекулы, ударяясь о поверхность ротора, получают тол­чок в направлении вращения ротора. Создается как бы поток молекул, увлекаемых ротором. В цилиндрическом кожухе насоса (рис. 12) имеется два отверстия: одно для входа 2, другое для выхода 3 газа. В• промежутке между отверстия­ми, как это видно на рисунке, ротор плотно прилегает к ста­тору, отделяясь от него только пленкой смазочного масла и в результате у отверстия 2 создается разрежение, а у отвер­стия 3 давление. Таким образом, совершенно гладкий ротор гонит газ, не имея ни лопастей, ни выступающих частей. Но молекулярный насос эффективно работает только тогда,

Когда на входе в него уже есть разрежение и, следовательно, молекулы газа уже обладают достаточно большой длиной свободного пробега. Молекулярные насосы не нашли широ­кого применения; о них мы рассказали потому, что они пред­ставляют яркий пример использования в технике молеку­лярно-кинетических свойств газов. Свойство молекул не­прерывно передвигаться используется в этом случае для то­го, чтобы «выгнать» молекулы из того объема, который они занимают.