Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Публичный отчет'
В целях совершенствования национальной системы образования, сохранения и изучения родного языка воспитания и обучения дошкольного и общего образовани...полностью>>
'Документ'
Просвещение, богословская наука и образование в России всегда имели свои особенности и по-разному соотносились с остальными областями человеческого з...полностью>>
'Документ'
используемые при производстве вин] - бальзам из гурьюна для изготовления олиф, лаков - барий - бариты - белки животные или растительные необработанны...полностью>>

Вавилова закон

Главная > Закон
Сохрани ссылку в одной из сетей:

В

ВАВИЛОВА ЗАКОН, устанавливает зависимость выхода фотолюминесцен­ции от длины волны возбуждающего света. Согласно В. з., квант. выход фо­толюминесценции постоянен в ши­рокой области длин волн возбуждаю­щего света и резко падает при длинах волн, превышающих ту, при к-рой наблюдается максимум спектра лю­минесценции (антистоксово возбуждение). Связан с квант. природой света, аналогичен закону Эйнштейна о квант. выходе фотохим. реакций. Установлен С. И. Вавило­вым в 1924.

ВАКАНСИОН, квазичастица, описы­вающая движение вакансии в кристалле, способной туннельным образом перемещаться (см. Туннельный эффект, рис.).

Потенциальная энер­гия атома (изобра­жён чёрным круж­ком) вблизи вакант­ного узла х0. Атом, чтобы попасть в сво­бодный узел решётки, должен пройти через потенц. барьер U (0).

ВАКАНСИЯ (от лат. vacans — пусту­ющий, свободный), отсутствие атома или иона в узле кристаллической решётки. В. находятся в термодинамич. равновесии с решёткой, возника­ют и исчезают в результате теплового движения атомов. В. беспорядочно

перемещаются в кристалле, обмени­ваясь местами с соседними атомами. Движение В. является гл. причиной диффузии атомов в кристалле. Каждой темп-ре соответствует определ. рав­новесная концентрация В. Кол-во В. в кристаллах металлов вблизи темп-ры плавления — 1 — 2% от числа ато­мов. При комнатной темп-ре у Аl одна В. приходится на 1012 атомов, а у Ag и Cu — меньше одной В. Не­смотря на малую концентрацию, В. существенно влияют на физ. св-ва кристалла: понижают его плотность, увеличивают электропроводность и т. д.

• См. при ст. Дефекты.

ВАКУУМ (от лат. vacuum — пустота), состояние газа при давлении меньше атмосферного. Понятие «В.» приме-

60

няется к газу в замкнутом или отка­чиваемом сосуде, но нередко распро­страняется и на газ в свободном пр-ве, напр. к космосу. Степень В. опреде­ляют, измеряя величину давления остаточных газов. Физич. характери­стикой В. является соотношение между длиной свободного пробега  молекул газа и размером d, характер­ным для каждого конкретного про­цесса или прибора (расстояние меж­ду стенками вакуумной камеры, диа­метр вакуумного трубопровода, рас­стояние между электродами электро­вакуумного прибора и т. п.). Величина  равна отношению ср. скорости v молекулы к числу z столкновений, испытываемых ею за ед. времени; её можно выразить через радиус моле­кулы r и число молекул n в ед. объёма: =0,056/r2n.

В зависимости от величины отно­шения /d различают низкий В. /d<<1), средний В. (/d~1) и высо­кий В. (/d>>1). В обычных вакуум­ных установках и приборах (d10 см) низкому В. соответствуют давления р>1 мм рт. ст., среднему В.— от 1 до 10-3 мм рт. ст. и высокому В.— р<10-3 мм рт. ст. В порах или каналах диам.~1 мкм высокий В.

соответствует р от десятков до сотен мм рт. ст., а в камерах для имитации косм. пр-ва размером в десятки м граница между средним и высоким В. достигала бы ~10-5 мм рт. ст.

В сверхвысоком В. (р<10-8мм рт. ст.) не происходит заметного измене­ния св-в поверхности первоначально свободной от адсорбиров. газа, за вре­мя, существенное для данного процес­са. Понятие сверхвысокого В. связано не с величиной отношения /d, а со временем , необходимым для образова­ния мономол. слоя газа на поверх­ности тв. тела в В., к-рое обратно пропорц. давлению. При р~-10-6 мм рт. ст. ~1 с. При других давлениях оно может оцениваться по ф-ле: =10-6/р, к-рая справедли­ва, если каждая молекула газа, соударяющаяся с поверхностью, остаёт­ся на ней (коэфф. захвата 1). В боль­шинстве случаев, однако, коэффици­ент захвата меньше 1, и т увеличива­ется.

Св-ва газа в низком В. определяют­ся частыми столкновениями между молекулами газа в объёме, сопровож­дающимися обменом энергией. Поэто­му течение газа в низком В. носит вязкостный хар-р, а явления переноса (теплопроводность, внутреннее тре­ние, диффузия) характеризуются плав­ным изменением (или постоянством) градиента переносимой величины. Напр., темп-pa газа в пр-ве между го­рячей и холодной стенками в низком В. изменяется постепенно, и темп-pa газа у стенки близка к темп-ре стенки. При прохождении тока в низком В. определяющую роль играет иониза­ция молекул газа.

В высоком В. поведение газа опре­деляется столкновениями его моле­кул со стенками или другими тв. те­лами; столкновения молекул друг с другом происходят редко и играют второстепенную роль. Движение мо­лекул между тв. поверхностями про­исходит по прямолинейным траекто­риям (мол. режим течения). Явления переноса характеризуются скачком пе­реносимой величины на границе; напр., во всём пр-ве между горячей и холодной стенками примерно полови­на молекул имеет скорость, соответ­ствующую темп-ре холодной стенки, а остальные — ско­рость, соответст­вующую темп-ре горячей стенки, т. е. ср. темп-pa газа во всём пр-ве оди­накова и отлична от темп-ры как го­рячей, так и хо­лодной стенок. Кол-во переноси­мой величины (те­плоты) прямо про­порц. р. Прохо­ждение тока в вы­соком В. возмож­но в результате электронной эмиссии с электродов. Ионизация молекул газа существенна только в тех случаях, когда длина пробега эл-нов становится значительно больше расстояния между электрода­ми. Это достигается при движении заряж. ч-ц по сложным траекториям, напр. в магн. поле, или при их колебат. движении ок. электрода. Св-ва га­за в среднем В. явл. промежуточными.

• Д э ш м а н С., Научные основы вакуум­ной техники, пер. о англ., М., 1964; Г р о ш к о в с к и й Я., Техника высокого вакуума, пер. с польск., М., 1975; Основы вакуумной техники, М., 1975; Тренделенбург Э., Сверхвысокий вакуум, пер. с нем., М., 1966; Сверхвысокий вакуум в радиационно-физическом аппаратостроении, под ред. Г. Л. Саксаганского, М., 1976.

А. М. Родин.

ВАКУУМ ФИЗИЧЕСКИЙ, в кванто­вой теории поля — низшее энергетич. состояние квантованных полей, ха­рактеризующееся отсутствием к.-л. ре­альных ч-ц. Все квант. числа В. ф. (импульс, электрич. заряд и др.) равны нулю. Однако возможность вир­туальных процессов в В. ф. приводит

к ряду специфич. эффектов при вз-ствии реальных ч-ц с вакуумом (см. Сдвиг уровней, Квантовая теория по­ля). Понятие «В. ф.» явл. одним из основных в том смысле, что его св-ва определяют св-ва всех остальных сос­тояний, т. к. любое из них может быть получено из вакуумного действием операторов рождения ч-ц. В ряде слу­чаев, напр. при спонтанном наруше­нии симметрии, вакуумное состоя­ние оказывается не единственным (т. е. вырожденным) — существует непре­рывный спектр таких состояний, от­личающихся друг от друга числом т. н. голдстоуновских бозонов.

А. В. Ефремов.

ВАКУУММЕТР (от вакуум и греч. metreo — измеряю), прибор для изме­рения давлений газов ниже атмосфер­ного в диапазоне от 760 до 10-13 мм рт. ст. (105—10-11 Па). Универс. метода измерений, охватываю­щего весь этот диапазон, не сущест­вует; используются разл. физ. зако­номерности, связанные (прямо или косвенно) с давлением газа. Сущест­вуют В. жидкостные, деформационные, компрессионные, радиометрические, вязкостные, тепловые, ионизацион­ные и др. Каждый из этих типов В. рассчитан на измерение в определ. об­ласти давления (рис. 1).

Рис. 1. Диапазоны измерения давления разл. вакуумметрами (штрихи — предельные дав­ления).

Все В. могут быть разделены на две группы: абсолютные и относительные. Абсолютные измеряют непосредст­венно давление р, их показания не за­висят от рода газа. Ниж. предел дав­лений абс. В. 10-6 мм рт. ст. (10-4Па). К ним относятся жидкостные, дефор­мационные и компрессионные В. Относит. В. измеряют величины, зави­сящие от давления; они градуируются по абсолютным образцовым В., их показания зависят от рода газа. К ним относятся тепловые, ионизационные, вязкостные и радиометрические В.

В жидкостных В. [диапазон измерений 760—10-2 мм рт. ст. (105

61

Рис. 2. Схема жидкостного вакуумметра.

1 Па)] измеряемое давление или раз­ность давлений уравновешивается дав­лением столба жидкости. В. представ­ляет собой U-образную трубку, за­полненную жидкостью (Hg или ваку­умные масла). В одном из колен труб­ки находится газ при измеряемом дав­лении р, в другом — при известном давлении рк. Разность давлений в ко­ленах уравновешивается столбом жид­кости высотой h, т. е. (р-рк)=gh, где  — плотность жидкости, a g ускорение свободного падения. При­меняют В. с открытым и закрытым коленом (рис. 2). В первом случае рк=ратм и измеряется разность меж­ду атмосферным и измеряемым дав­лениями. Во втором случае рк при­равнивается к нулю и измеряется абс. давление газа. Масляные В. более чувствительны, т. к. плотность масла примерно в 15 раз меньше плотности Hg (но масла хорошо растворяют газы).

В деформационном В. дав­ление или разность давлений опреде­ляется по деформации упругого дат­чика (сильфон, мембрана, спиральная трубка). Опорным давлением также служит атмосферное или очень малое давление (меньше измеряемого во много раз).

Компрессионный В.— ма­нометр Мак-Леода, основан на Бойля— Мариотта законе: рv=const. Осн. части прибора (рис. 3): измерит. бал­лон 1 с известным объёмом V; трубка 3, соединяющая прибор с системой, в к-рой измеряется давление; два ка­пилляра одинакового диаметра d, один из к-рых 2 соединён с объёмом V, а другой — с соединит. трубкой 4.

Рис. 3. Схема компрессионного вакуумметра: а — перед измерением; б — измерение по методу линейной шкалы.

Сни­зу вводится жидкость (обычно Hg), к-рая отсекает в объёме V0 газ при измеряемом давлении р и затем сжи­мает его в малом объёме V1 запаянного капилляра до давления р1>>р. Дав­ление p1 определяется по разности уровней h жидкости в капиллярах, а измеряемое давление р — из соот­ношения:

p=(V1/V0)p1(V1/V0)h.

Диапазон измеряемых давлений 10— 10-6 мм рт. ст. (103—10-3 Па). Ком­прессионный В.— абсолютный, по­грешность его измерения может быть сведена до 1—2%. Он используется в кач-ве образцового для градуировки В. др. типов.

В радиометрическом В. между двумя пластинами в газе, име­ющими разные темп-ры, возникают силы отталкивания (см. Радиометри­ческий эффект). Отклонение пластин пропорц. давлению газа, если расстоя­ние d между ними меньше ср. длины свободного пробега , молекул газа. Область измерения: 10-2—10-8 мм рт. ст. (1—10-6 Па). Верх. предел определяется давлением, при к-ром  становится сравнима с d; ниж. предел обусловлен соотношением между радиометрич. силой и силой давления на холодную пластину ИК излучения нагретой пластины. Конструктивные разновидности ра­диометрич. В.— манометры, создан­ные дат. физиком М. Кнудсеном и др.

Действие вязкостного В. ос­новано на зависимости вязкости раз­реженного газа от его давления, если  больше или сравнима с размерами датчика (манометрич. преобразова­теля). Существуют два типа вязкост­ных В. В колебательном В. мерой давления газа явл. время затухания свободных колебаний вибратора, обыч­но кварцевой нити, закреплённой с од­ного или двух концов или соединён­ной с мембраной. В В. с вращающим­ся элементом момент силы от быстро вращающегося элемента передаётся через газ к неподвижному элементу, подвешенному на чувствит. подвеске. Угол закручивания последнего явл. мерой давления. В кач-ве рабочих элементов используются диски и коак­сиальные цилиндры. Диапазон изме­ряемых давлений 10-2—10-7мм рт. ст. (1—10-5 Па).

Действие тепловых В. осно­вано на зависимости теплопроводности разреженных газов от давления. В гер­метичном баллоне расположена тон­кая нить, нагреваемая электрич. то­ком. При изменении давления изме­няется теплоотвод от нити. Если под­держивать постоянным ток I накала нити, то изменение давления вызовет изменение её темп-ры Тн. Можно Тн поддерживать постоянной, тогда мерой давления служит ток I, подавае­мое на нить напряжение или подводи­мая к ней мощность. Ур-ние теплового баланса В.: I2R=Qт+Qи+Qн, где R — сопротивление нити, QT, Qи, Qн— теплота, отводимая от нити за счёт теплопроводности газа, излучения ни­ти и нагрева держателей нити. Послед­ние два вида тепловых потерь не за­висят от давления и определяют ниж. предел измерения, когда Qт стано­вится меньше Qи+Qн. Обычно этот предел ~10-2—10-4 мм рт. ст. (1 — 10-2 Па). Верх. предел обусловлен тем, что при больших давлениях в вяз­костном режиме теплопроводность га­за перестаёт зависеть от давления. Зависимость теплопроводности от дав­ления имеет место только в мол. и молекулярно-вязкостном режиме, ког­да , превышает радиус нагреваемой нити. В режиме пост. темп-ры верх. предел может быть доведён до 50— 100 мм рт. ст. (~104 Па). Различают термопарные В., где темп-pa нити измеряется присоединённой к ней термопарой, и В. сопротивления (Пирани), в к-рых темп-pa нити опреде­ляется по её сопротивлению R.

В ионизационных В. ме­рой давления явл. величина ионного тока. В радиоизотопных В. для иони­зации газа используются - и -частицы. Датчик содержит цилиндрич. коллектор ионов, анод и радиоакт. источник (напр., 238Pu). Ионы, об­разующиеся в результате столкнове­ний -частиц с молекулами газа, дви­жутся к коллектору под действием напряжения (50—150 В), приложен­ного между анодом и коллектором. Интенсивность потока -частиц по­стоянна, и ионный ток пропорц. дав­лению: Iи=кр, где к — чувствитель­ность В. Для разных конструкций к лежит в пределах от 10-6 до 10-12А/мм рт. ст. Верх. предел измерений огра­ничивается тем, что пробег частиц становится меньше размеров датчика. Для расширения верх. предела до 760 мм рт. ст. (до 105 Па) уменьшают размеры датчика. Ниж. предел изме­рения определяется током, обуслов­ленным попаданием на коллектор час­тиц, выбивающих вторичные эл-ны. Этот предел ~10-4—10-3 мм рт. ст. (10-2—10-1 Па).

В электронном иониза­ционном В. ионизация газа осу­ществляется электронным ударом. Эл-ны, эмиттируемые накалённым като­дом (НК), движутся к цилиндрич. аноду А (рис. 4, а) и ионизуют газ. Образовавшиеся ионы собираются на цилиндрич. коллекторе К, имеющем отрицат. потенциал относительно ка­тода (от -25 до -100 В). Ионный ток Iи—Silp, где il ток термоэлект­ронной эмиссии (0,05—10 мА), S уд. чувствительность. Диапазон из­мерения 10-2—5•10-8мм рт. ст. (1 — 5•10-6 Па). Верх. предел связан со сроком службы катода, отклонением от линейной зависимости Iи от р за счёт рекомбинации ионов и эл-нов

62

Рис. 4. Схемы электрон­ных ионизационных манометрич. преобразователей: НК — катод; К — коллек­тор ионов; А — анод; 9 — экран; М — модулятор; Р — рефлектор; Д — деф­лектор; О — отражатель.

и уменьшения  до ве­личины, меньшей тра­ектории эп-нов. Ниж. предел измеряемых давлений связан с фо­тоэлектронным током с коллектора под дей­ствием рентг. излуче­ния, возникающего при электронной бомбардировке анода.

Для измерения сверхвысокого ва­куума применяются спец. конструкции ионизац. В., где этот ток снижен. Наиболее распространён манометр Байярда — Альперта (рис. 4, б), где коллектор расположен по оси цилиндрич. анодной сетки, а катод —. вне этой сетки. При этом на коллектор попадает лишь малая часть рентг. квантов; ниж. предел В. ~10-10 мм рт. ст. (10-8 Па).

Модулируя ионный ток с помощью дополнит. модулирующего электро­да — тонкого стержня, расположен­ного между анодом и коллектором (рис. 4, в), удаётся измерять вакуум до 10-11 мм рт. ст. (10-9 Па). Подав­ление фонового тока с коллектора электрич. полем дополнит. электрода (супрессора) в сочетании с мо­дуляцией позволяет измерять ещё бо­лее низкие давления.

Существуют В., где коллектор эк­ранирован от рентг. излучения. В экстракторном манометре канад. учё­ного Редхеда (рис. 4, г) ионы из пр-ва ионизации вытягиваются через от­верстия в экране и при помощи полусферич. рефлектора Р (находящегося под потенциалом анода) фокусируются на тонкий проволочный коллектор. В манометре Хельмера (рис. 4, е) ионный поток, выходящий из отвер­стия в экране, отклоняется с по­мощью 90-градусного угл. электро­статического дефлектора Д и направ­ляется к коллектору. В вакуумметре Грошковского тонкий проволочный коллектор расположен напротив от­верстия в торце анодной сетки и за­щищён от рентг. излучения стеклян­ной трубкой (рис. 4, д). Эфф. собира­ние ионов обеспечивается большим отрицат. потенциалом коллектора отно­сительно катода (~350 В). С помощью описанных В. удаётся измерять дав­ления до 10-12 мм рт. ст. (10-10 Па) и в отд. случаях до 10-13 мм рт. ст. (10-11 Па).

Уменьшение ниж. предела может быть достигнуто увеличением длины пробега эл-нов. Это даёт возможность при малом электронном токе и, сле­довательно, уменьшенном фоновом то­ке обеспечить высокую чувствитель­ность. В орбитронном В. (рис. 4, ж)

увеличение траектории достигается с помощью логарифмич. электрич. поля, создаваемого двумя концентрич. ци­линдрами (внутренний — анод, внеш­ний — коллектор). Эл-ны, эмиттируемые катодом и получившие значит. момент кол-ва движения относительно оси благодаря рефлектору, вращаются без захвата по вытянутым орбитам вокруг анода. Ниж. предел измере­ния: 10-12 мм рт. ст. В ионизацион­ном магнетронном В. (манометре Лафферти) удлинение траектории эл-нов

Рис. 5. Схема магнитных электроразрядных манометрич. преобразователей.

достигается с помощью магн. поля (рис. 4, з). Этим прибором можно из­мерять давления до 10-13 мм рт. ст. В магнитном электро­разрядном В. используется за­висимость от давления тока самостоят. разряда, возникающего в разрежен­ном газе в скрещённых магн. и элект­рич. полях. Существует неск. конст­руктивных вариантов прибора. В ма­нометре Пеннинга разрядный проме­жуток образуется двумя параллель­ными пластинами К (катоды) и рас­положенным между ними кольцевым или цилиндрич. анодом А (рис. 5, а).

Рис. 6. Траек­тории эл-нов в инверсно - магнетронном ваку­умметре.

В магнетронном В. (рис. 5, б) и инверсно-магнетронном В. (рис. 5, в) катод и анод — два соосных цилинд­ра. Под действием электрич. Е и магн. Н полей эл-ны движутся таким образом, что их попадание на анод А

может происходить только в резуль­тате столкновений с молекулами газа (рис. 6). Образовавшиеся при этом вторичные эл-ны движутся по анало­гичным траекториям, а ионы, попа­дая на катод К, вызывают на нём ионно-электронную эмиссию. В ре­зультате в разрядном промежутке возникает самостоятельный разряд. Зависимость разрядного тока I от давления определяется ф-лой: I=крn, где к и nпостоянные прибора.

Верх. предел измерения магн. электроразрядных В.~10-2—10-1 мм рт. ст. (1—10-1 Па) ограничен тем, что в цепь высоковольтного питания включено балластное сопротивление (для предотвращения перерастания разряда в дуговой). Оно ограничивает макс. ток величиной Iб1—2 мА. С ростом давления разрядный ток перестаёт изменяться, когда его ве­личина становится соизмеримой с то­ком Iб. Ниж. предел измерений свя­зан с возможностью зажигания и поддержания тлеющего разряда при низких давлениях, а также с фоновым током, создаваемым за счёт автоэлект­ронной эмиссии с участков катода, расположенных вблизи анода (фон ~10-11 мм рт. ст.). При В ~400 Гс и анодном напряжении Uа~2—3 кВ предельный вакуум составляет 10-6— 10-7мм рт. ст. (10-4—10-8 Па). Уве­личивая разрядный промежуток, по­вышая Ua до 5—6 кВ и В до 1000 Гс и экранируя катод, можно измерить давление ~10-13 мм рт. ст.

• Л е к к Дж., Измерение давления в ва­куумных системах, пер. с англ., М., 1966; Востров Г. А., Розанов Л. Н., Ва­куумметры, М., 1967; Ничипорович Г. А., Вакуумметры, М., 1977.

Г. А. Ничипорович.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Задачи: собрать и проанализировать различные источники информации о Вавилове

    Документ
    К сожалению, мы очень мало знаем о великих русских ученых, исследователях и путешественниках. Профессор П.А. Баранов, участник нескольких экспедиций Вавилова, писал: «Яркая и прекрасная жизнь Николая Ивановича долго будет привлекать
  2. Закон санкт-петербурга (2)

    Закон
    Утвердить: границы зон охраны объектов культурного наследия на территории Санкт-Петербурга с описанием указанных границ согласно приложению N 1 к настоящему Закону Санкт-Петербурга; режимы использования земель в границах зон охраны
  3. Закон приморского края (3)

    Закон
    Внести в приложение к Закону Приморского края от 21 августа2002 года № 2-КЗ "О судебных участках и должностях мировых судей в Приморском крае" (Ведомости Законодательного Собрания Приморского края, 2002, № 4, стр.
  4. Вавилова Елена Васильевна, к с/х н., профессор учебно-методический комплекс (1)

    Учебно-методический комплекс
    Учебно-методический комплекс по дисциплине «Торгово-экономические отношения России в современных условиях» составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (основной
  5. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости

    Закон
    В 1908 году, в Москве, создана первая селекционная лаборатория, и Вавилов поступает в нее работать. Здесь он заинтересовался иммунитетом у растений к инфекционным заболеваниям.

Другие похожие документы..