Европе. В.-т. дает синюю вайду-краску (см.). Вследствие некоторого, хотя и незначительного, содержания индиготина вайда-трава культивировалась в огромном количестве в З.Европе-во Франции, в Тюрхшгии, Лау-зице и в Вранденбуpre. Листья В.-т. срезают несколько раз в лето, провяливают на солнце и по измельчении подвергают брожению в кучах. В продажу поступают прессованные или подсушенные шарообразные комья перебродившей массы.

ВАКУУМ, разреженное состояние газа. При обычных условиях (760 мм давления ртутного столба и °=0°) в 1 см газа находится 3x10* молекул. В лучшем, достижимом современными средствами В. давление газа достигает 10 -Ю мм ртутного столба, или около 10Atm. Так как число молекул пропорционально давлению, то оно при этих условиях равно Зх 10 х 10- =Зх 10, т. е. в лучшем вакууме имеется все-таки огромное число молекул (100 млн. на 1 см). Однако разного рода физич. явления в газе определяются не столько числом молекул, сколько средней свободной длиной пути Я, т. е. тем средним путем, который каждая молеку.11а пролетает между двумя соседними столкновениями. Величина эта при атмосферном давлении для разных газов разная, но в общем имеет значение ок. 10 см. При уменьшении давления газа р величина Р. меняется обратно пропорционально р, так что при давлении в 10 Atm она Имеет значение Wсм, т.е. 101Ш.При наличии такого В. в сосуде с линейными размерами в 20-30 см, молекулы, в нем находящиеся, практически никогда не будут сталкиваться между собой, но будут лишь ударяться о стенки прибора. В соответствии с этим все свойства В. резко отличаются от свойств плотных газов. В физике принято называть вакуумом именно такие разрежения, когда Я имеет величину ббльшую, чем размеры прибора, т. е.>10-30 см, что отвечает давлениям р <<10~-10~* мм ртутного столба.

Для уяснения дальнейшего необходимо остановиться на характеристике некоторых свойств В. Внутреннее трение (см. Вязкость) газа, как известно, обусловлено передачей количества двингения молекулами быстрых слоев молекулам, двигающимся более медленно. Коэфф. внутреннего трения 7/= Уз? где Q-плотность газа, а Я-свободная длина пути; т. к. Q пропорционально, а Я обратно пропорционально давлению газа, то rj не зависит от давления. В В. условия совершенно меняются: молекулы между собой более не сталкиваются, и трение обусловливается передачей количества двинения неносред-ственно стенке; трение, так сказать, перестает быть внутренним и становится внешним. При этом трение разреженного газа, конечно, делается пропорциональным числу ударов молекул о стенку, т. е. падает при уменьшении давления. То же относится к теплопроводности. Если между двумя параллельными плоскостями с разными температурами Ti и Tz паходится плотный газ, то внутри газа происходит прямолинейное падение темп-ры вследствие того, что передача тепла идет через столкновения между молекулами. ВВ., где столкновений между

молекулами нет, передача тепла идет так: молекула, сталкиваясь с горячей стенкой, приобретает энергию молекулы стенки; отразившись, она ударяется о холодную стенку, передает ей избыток энергии и, отражаясь снова, имеет уже энергию, отвечающую молекулам холодной стенки. Т.о. здесь нельзя говорить о градиенте t° внутри газа. Теплопроводность плотного газа, как и внутреннее трение, не зависит от давления; теплопроводность же В., конечно, пропорциональна давлению. Для характеристики различия в свойствах В. и плотных газов молшо привести еще пример: в сосуде, разделенном на две части перегородкой с отверстием (при чем температура стенок одной части будет Т, а другой-Га), в случае плотных газов давление газа в обеих частях одинаково. Трактовать вакуум как сжимаемую жидкость нельзя: стационарное состояние здесь определится из условия, что числа молекул, пролетающих через отверстие в ту и другую сторону за единицу времени, д. б. равны друг другу. Число молекул, летящих из более горячей части в холодную (Ti>Tz), будет пропорционально щщ, где Ui-число молекул в единице объема первой части сосуда, а щ-их скорость. Соответственно в другую сторону будет лететь nUz молекул. Условие равновесия: щпущщ, а так как п пропорционально плотности газа, а плотность пропорциональна давлению р, деленному на абсолютную температуру Т,

то i%=-W2. Скорости молекул, как известно, пропорциональны V~T, отсюда имеем = -=1. Таково условие равновесия в

В. вместо условия Pi = P2 в плотных газах.

Эти особые свойства В. позволяют сконструировать ряд манометров, к-рыми можно измерять давление газа в В. Из них основным прибором для измерения давления является манометр Мак-Лауда. Прибор (фиг. 1) состоит из закрытого капилляра Ki, соединенного с баллоном. Действие его заключается в следующем. Из прибора, давление в котором необходимо измерить, газ поступает через трубку а в объем Н. Поднятием груши со ртутью пространство J? выключается от остальной установки, и газ в ней дальнейшим поднятием ртути слгимается до того, что весь вгоняется в капилляр Ki. Если разность уровней ртути в капилляре Ki и капилляре К, соединенном всегда с прибором, равна h, то давление в приборе легко м. б. вычислено по закону Бойля-

Мариотта р = , где v - объем сжатого

воздуха в лсапилляре К, а V-первоначальный объем воздуха, т.е. объем сосуда Н.

Фиг. 1.

Этим очень простым способом легко измерить давления до 10 мм. Недостатком его является то, что он не измеряет упругости насыщенных паров, к-рые могт иметься в установке. Кроме того, если нужен В. меньше 10~* мм, между этим манометром и прибором приходится ставить ловушку с жидким воздухом для того, чтобы не дать пройти в прибор парам ртути.

Из манометров, основанных на изменении трения с уменьшением давления в вакууме, известен манометр Габера. Он представляет собой кварцевый стерженек, конец которого оттянут в виде тонкой нити длиной около 10 см, а диаметром в несколько сотых или десятых мм. Тем или иным способом кварцевый стерженек, закрепляется в вертикальном положении в стеклянном сосуде, присоединенном к тому прибору, где требуется измерить В. Ударяя пальцем по прибору, приводят нить в колебательное состояние и наблюдают амплитуду в микроскоп, через фокус которого проходит свободный конец нити. Вследствие трения амплитуда постепенно уменьшается, т. к. молекулы, налетающие на нить, берут па себя часть ее количества движения. Простое уравнение позволяет связать время t, в течение к-рого амплитуда нити убывает вдвое, и давление р газа в В.:

р[/М = -а, (1)

где М-молекул, вес газа, Ъ и а-некоторые постоянные, определяемые размерами и материалом нити (Ь также пропорционально абсолютной температуре Т°). При р = 0

/*- = а, или - = L, т. е. отношение констант ь

- определяет время tf, собственного затухания нити вследствие трения внутри кварца при его упругих колебаниях (величина очень малая). Этот способ особенно пригоден, когда измерения производятся в парах химически активных элементов (иод, хлор и т. п.), когда нельзя иметь никаких металлич. частей. Кроме того, если измерить р отдельно каким-либо друг, методом, то применение манометра Габера позволяет определить мол. вес М газа, находящегося в В. Этим манометром в его простой форме можно измерить давление от 10~ до 10~мм ртути, столба. При некоторых усовершенствованиях область давлений может быть расширена от 10~® до 10 мм ртутного столба.

Метод измерения вакуума, основанный на изменении теплопроводности в зависимости от давления, дан Пирани. Метод заключается в том, что платиновая или вольфрамовая проволока, длиной в 20-50 см и диаметром в несколько сотых мм, закрепляется помощью стеклянных ножек в В. (наподобие закрепления волосков электрических лампочек). По проволоке пускается ток в несколько десятков шА, чтобы нагреть ее приблизительно до 200°. Количество тепла, выделяющееся в нити, определяется ф-лой Джоуля W=iR, где г-сила тока, а R---сопротивление нити. Так как сопротивление платины R по определенному закону меняется с темп-рой ее, то, измеряя R мостиком Уитстона, можно определить темп-ру Т нити. Зная количество тепла и

Фиг. 2.

темп-ру, можно определить коэфф. теплоотдачи. Обычно поступают так: изменяя ток г, а следовательно и W, держат R, а следовательно и Т, постоянным. Тогда, чем больше теплоотдача, тем больше нужно взять г; градуируя прибор помощью манометра Мак-Лауда, можно найти зависимость между i и давлением р. Схема установок изображена на фигуре 2. Интервал давления, к-рое измеряется этим манометром,- от 4,5 X X10-2 до 7 X 10-е мм ртутного столба.

Электрич. свойства вакуума дали ему главнейшее технич. значение. Если увеличивать электрич. напряжение между двумя электродами в б. или м, плотном газе, то сначала ток практически равен О (т. к. газы при малых напряжениях очень хорошие изоляторы), затем возникает небольшой ток, увеличивающийся с увеличением напряжения, при чем появляется видимое свечение газа; наконец, если плотность газа большая, то происходит явление искрового разряда, при сравнительно же малых давлениях Ю-15 мм) - явление гейслерового разряда. Явление это объясняется следующим образом. В газе всегда имеется пек-рое число электронов. Под действием электрическ. поля скорости электронов возрастают на протяндании одного свободного пути Я между соседними столкновениями с молекулами. При каледом столкновении электроны отдают свою избыточную энергию молекулам газа. Эта энерг гия, очевидно, равна произведению заряда электрона в на разность потенциалов на концах пройденного электроном пути Я. W=e-XX, где х-напряжение поля. Если энергия Жэлектрона достаточно велика для того, чтобы разбить молекулу (при ударе о нее электрона) на ион и электрон, то в газе появляется новая пара ионов, к-рые, в свою очередь, являются ионизаторами новых молекул (процесснарастает лавинообразно),- сила тока увеличивается. ВВ., где свободная длпна пути во много раз превышает размеры прибора, этого явления быть не может, чем и объясняется роль В. в электротехнике. Помещая в В. испускатель электронов в виде накаленной вольфрамовой проволоки, получают чисто электронный ток, определяющийся исключительно конструкцией прибора и накалом испускателя. Можно применить какие угодно напряжения между электродами без появления в газе положительных ионов. Т. о., напр., прикладывая между испускателем и анодом очень большую разность потенциалов V, позволяем электронам скопить огромную энергию, равную eV (при этом она уже не тратится на ионизацию, так как встреч электрона с молекулами практически не происходит). Ударяясь с такой энергией о катод, электроны испускают рентгеновы лучи. Если источника электронов нет, а имеются в вакууме два холодных электрода, из которых тщательно удалены окклюдированные газы, то разряд пройти не монет. Поэтому вакуум

может сделаться лучшим изолирующим материалом, который, как было выяснено на основании исследований в Ленинградской физико-технич. лаборатории, со временем может послужить для устройства мощных высоковольтных генераторов, работающих

по типу электро-статическ. машин. Между прочим, на этих электрических свойствах В. основан прибор, позволяющий измерять давление газов в В. до крайне малых значений. Этот прибор (фиг. 3) в сущности представляет собой обычную усилительную лампу. Между испускате-лем и сеткой приложена очень небольшая разность потенциалов, препятствующая попаданию электронов на сетку, но позволяющая все же части электронов проникать сквозь ячейки ее в пространство между анодом и сеткой; анод же имеет очень большой положительный потенциал (несколько сот V) относительно испускателя. Электроны, проходя сквозь сетку до анода, встречают изредка на своем пути молекулы; вероятность этого процесса пропорциональна давлению остатков газа. Появляющиеся в результате этого положительные

Фиг. 3.

10-

to lo 10 id to* 10

Отношение толов сетки и аноа

Фиг. 4.

ионы попадают на сетку и создают ток между анодами и сеткой. Отношение этого токасетки к току анода, конечно, очень мало, но естественно возрастает с увеличением давления. На фиг. 4 приведены графики, связывающие изменение давления в приборе и отношение токов сетки и анода. Этот метод позволяет измерить давление в пределах от 10~ до 10~* жм ртутного столба.

Для уяснения устройства насосов и методов откачки необходимо дать несколько определений и выяснить роль проводки от насоса к выкачиваемому сосуду. Мощно-

стью насоса S называется тот объем газа, который он ежесекундно удаляет из откачиваемого сосуда при том давлении р, которое в это время имеет место в приборе, т. е.

S = ()р; если объем откачиваем, сосуда F,

то = --

dt ~ р dt изменение да-

вления в сосуде. Так как насос соединяется не непосредственно с откачиваемым сосудом, но помощью трубок той или иной длины, то мощность S откачки не равна мощности So насоса, но меньше ее. Если х есть давление в сосуде, ар--в насосе, то объем енсесекундно проходящего через проводку (соединяющую насос с прибором) газа равен где TF-сопротивление проводки. Величина W для плотных газов, согласно

закону Пуазейля, равна

где L - длина

трубки, R--радиус ее сечения, tj-коэфф. внутреннего трения. Так как трение в В. совсем иное, то для вакуума ТГ имеет величину меньшую. Вместо формулы Пуазейля имеем для В. формулу Кнудсена:

TF=4-.-iil, (2)

где Q-плотность газа. При мощности насоса (So объем ежесекундно удаляемого им из

самого себя газа равен при чем -объем при давлении р в насосе. Если S есть скорость удаления газа из откачиваемого сосуда, то 8 = где Ух-объем газа, взятый

при давлении х в сосуде. Так как из сосуда удаляется то же самое весовое количество газа (сколько проходит через трубки, столько же удаляется насосом), то Sx=SoP=

= Отсюда мощность, с к-рой удаляется

газ из откачиваемого прибора:

Мощрюсть Sq изучена для разного типа насосов; она непостоянна и зависит от давления. Величины Sq будут даны ниже. На фиг. 5 приведена взятая из книги Геца диаграмма, позволяющая простым способом количественно оценить роль различной проводки на основе ф-л (2) и (3): на оси ординат отложены So, на оси абсцисс-S. Вся табл. относится к воздуху и к L = l м. Поясним пользование таблицей на примерах.

1) Определить максимальную (при/9о = оо) скорость откачки в случае проводки, состоящей из трубки длиной 2,25ж и 0= 4мм. Кривая 0=4 мм при So = od имеет значение 27, т. е. насос бесконечной мощности дает скорость откачки 27 см/ск при длине проводки в 1 ж. Так как скорость откачки обратно пропорпиональна длине, то при длине проводки в 2,25 м скорость

S=~= 12 смУск.