Шестак Вакуумная техника. Концепция разреженного газа 2012

1

2

3

Уатт (Ватт), Джеймс (англ. Jams Watt,

В Америке:

1736 – 1819) – шотландский изобретатель,

1775 – 1783 гг. война

создатель универсального парового двига-

американских колоний за

теля. Создал (1774) универсальный паровой

независимость (American

двигатель двойного действия с непрерыв-

Revolutionary War) − вой-

ным вращением (паровая машина Уатта).

на между Великобритани-

Ввел первую единицу мощности лошади-

ей (приверженцами бри-

ную силу. Сконструировал также ряд при-

танской короны), с одной

боров: ртутный открытый манометр, водо-

стороны, и революционе-

мерное стекло в котлах, индикатор давле-

рами 13 английских коло-

ния и др.

ний (патриотами), с дру-

Именем Джеймса Уатта в междуна-

гой, которые в 1776 г.

родной системе единиц СИ названа едини-

провозгласили свою неза-

1 лошадиная сила со-

ца мощности ватт (Вт).

висимость − и образова-

ставляет 735,49875 Вт

ние США.

1785 ‒ 1789

Шарль, Жак Александр Сезар (фр.

Во Франции:

Charles Jacques-Alexandre-César,

1746 –

С 1785 г. по 1789 г.

1823) – французский физик, труды которо-

Шарль Огюстéн де Кулон,

го связаны с изучением расширения газов.

военный инженер и учё-

Установил (1787) зависимость

давления

ный-физик, опубликовал

идеального газа от температуры закон

семь мемуаров, где сфор-

Шарля:

мулировал закон Кулона,

давление газа фиксированной массы и фик-

а также закон распределе-

сированного объема V прямо пропорцио-

ния электрических заря-

нально абсолютной температуре газа T:

дов на поверхностях про-

V / T = const.

водников.

Ввёл понятие магнит-

Сразу же после братьев Ж. и Э. Мон-

Шарля соотечественники

ного момента и опублико-

почитали на уровне ор-

гольфье построил воздушный шар и для его

вал труд по теории трения

лов... за его воздушные

наполнения впервые использовал водород.

скольжения.

шары – шарльеры

1793 ‒ 1794

Дальтон, Джон (англ. Dalton, John,

Во Франции:

1766 – 1844) – английский химик и физик.

в 1793 г. установилась

В 1793 г. опубликовал свой первый

Якобинская диктатура. По

труд – Метеорологические наблюдения и

решению Конвента казне-

этюды (Meteorological Observations and

ны король Людовик XVI и

Essays). Стремясь понять, почему газы в

королева Мария-Антуа-

атмосфере составляют смесь с определен-

нетта.

ными физическими свойствами, а не распо-

В России:

лагаются друг под другом слоями соответ-

в 1793 г. издан Указ

ственно своей плотности, он установил, что

Сената России о создании

Закон парциальных дав-

поведение данного газа не зависит от со-

Минской губернии с цен-

лений газов ‒

става смеси; сформулировал закон парци-

тром в г. Минске.

альных давлений газов, обнаружил зави-

закон Дальтона:

симость растворимости газов от их парци-

робщ = р1 + р2 + .. + рп

ального давления.

1

2

3

1802 ‒ 1808

Гей-Люсса́, кЖозе́фЛуи́фр( . Joseph

Во Франции:

Louis Gay-Lussac, 1778 − 1850) − француз-

в 1802 г. Наполеон

ский физик и химик.

Бонапарт становится по-

В 1802 г., когда ему было 24 года, от-

жизненным консулом

крыл закон теплового расширения газа,

Франции.

независимо от Дж. Дальтона.

В России:

После первого в мире полёта русского

в 1803 г. герцог Ри-

Закон Гей-Люссака: газы

академика-химика Я. Д. Захарова на воз-

шелье по поручению

душном шаре в 1804 г. Гей-Люссак совер-

Александра I начинает

при постоянном давлении

шил два таких же полёта и обнаружил, что

создавать Одессу.

расширяются (увеличива-

на высоте около 7000 м интенсивность

ется объем V) пропор-

земного магнетизма заметно не изменяется;

ционально

повышению

установил, что воздух имеет тот же состав,

температуры

T, причем

что и у поверхности Земли. В 1808 г. от-

все газы имеют практиче-

крыл закон объёмных отношений при реак-

ски один и тот же коэф-

циях между газами.

фициент

теплового рас-

Был президентом Французской акаде-

ширения

мии наук.

VТ = Vo (1 + αТ)

1811

Авогадро, Амедео (итал. Lorenzo

В России:

Romano Amedeo Carlo Avogadro di

в Санкт-Петербурге

Quaregna e Cerreto, 1776 − 1856) − итальян-

открыт Царкосельский

ский физик. По образованию − юрист.

лицей.

Познакомившись самостоятельно с ес-

тественными науками, в 30 лет стал учите-

лем физики, а через 14 лет был назначен

профессором математической физики в Ту-

ринском университете и проработал там до

1850 г. Авогадро в 1811 г. высказал гипоте-

зу о том, что одинаковые объемы различ-

Закон Авогадро:

ных газов, при одинаковых температурах и

давлениях, содержат одинаковое число час-

в равных объёмах раз-

тиц. Признания при жизни Авогадро она не

личных газов при одина-

получила. И только спустя четыре года по-

ковых

температурах и

сле смерти ученого на первом междуна-

давлениях

содержится

родном конгрессе химиков в 1860 г. спра-

одинаковое

число моле-

ведливость восторжествовала.

кул.

В 1908 г. спустя почти сто лет после

Число Авогадро:

формулирования ученым своей гипотезы и

только спустя 52 года после его смерти,

NA =

было предложено назвать число молекул в

= 6,022 141 79(30) ×

одном моле вещества постоянной Авогад-

× 1023 мол · моль−1

ро (число Авогадро).

1

2

3

1834

Клапейрон, Бенуа Поль Эмиль (фр.

Во Франции:

Benoît Paul Émile Clapeyron, 1799 − 1864) −

Луи Пуансо

создал

французский физик, член Парижской АН

теорию

вращения

твёр-

(1858).

дого тела вокруг непод-

В 1820 ‒ 1830 гг. работал в Петербурге

вижной точки.

в институте инженеров путей сообщения.

В России:

построен первый па-

По возвращении во Францию был профес-

ровоз – паровоз Черепа-

сором Школы мостов и дорог в Париже. В

новых (1833).

1834 г. вывел уравнение состояния иде-

В Германии:

ального газа (уравнение Клапейрона), объ-

в городе Апольде ро-

единяющее законы Бойля – Мариотта, Гей-

дился Фридрих Луис До-

Люссака и Авогадро. Получил уравнение,

берман, в 1870-х годах

связывающее

между собой

температуру

положивший

начало

раз-

кипения (или плавления) веществ и давле-

ведению собачьей породы

Уравнение состояния

ние (уравнение Клапейрона – Клаузиуса;

доберман-пинчер.

последний обосновал это уравнение в

идеального газа –

1851).

уравнение

Клапейрона:

pV = ВТ

1850

Клаузиус, Рудольф Юлиус Эмануель

Во Франции и в Рос-

(нем. Rudolf Julius Emanuel Clausius, 1822 –

сии:

1888) – немецкий ученый: физик и матема-

французский

писа-

тик.

тель Оноре

де

Бальзак

В 1850 г. Клаузиус дал формулировку

венчался с русской поме-

второго начала термодинамики (физи-

щицей

графиней

Эвели-

ческий принцип, накладывающий ограни-

ной Ганской.

чение на направление процессов передачи

В России:

тепла между телами).

в 1849 г. 28-летний

В 1860 г. ввёл понятие идеального газа,

Ф.М. Достоевский с дру-

Энтропи́я (от

греч.

а также понятие длины свободного пробега

гими

«петрашевцами»

молекул, впервые вычислив эту длину.

приговорен

к расстрелу

ἐντροπία – поворот, пре-

Позже, в 1865 г., Клаузиус ввёл поня-

и потом помилован;

вращение). Энтропия яв-

тие энтропии.

в 1851 г. открыта Ни-

ляется

функцией

со-

Клаузиусу

принадлежат

основопо-

колаевская железная до-

стояния системы, диффе-

лагающие работы в области молекулярно-

рога.

ренциал которой в эле-

кинетической теории теплоты.

В Америке:

ментарном

обратимом

Создал кинетическую теорию перехода

Калифорния

стала

процессе

равен

отноше-

вещества из одного агрегатного состояния

31-м штатом.

нию бесконечно

малого

в другое.

В Англии:

количества тепла дQ, со-

в

Лондоне

прошла

общённого

системе,

к

первая

Всемирная

вы-

ее абсолютной темпера-

ставка (1851).

туре T:

dS = дQ/T

1

2

3

1859 – 1865

Максвелл, Джеймс Клерк (Кларк) (англ.

В Англии:

James Clerk Maxwell, 1831 – 1879) – англий-

в 1859 г. английский

ский гений.

натуралист

Чарльз

Дар-

В 1859 г. выступил на заседании Британ-

вин публикует свой труд

ской ассоциации с докладом, в котором при-

«Происхождение

ви-

вёл распределение

молекул по скоростям

дов», в котором впервые

(максвелловское распределение). Максвелл

излагается дарвиновская

развил представления своих предшественни-

теория эволюции,

ныне

ков и разработал кинетическую теорию га-

признаваемая

даже

цер-

зов.

ковью.

В рамках своей теории Максвелл объяс-

Родился

Артур

Ко-

нил закон Авогадро, такие явления как диф-

нан Дойль

известный

фузия, теплопроводность, внутреннее трение,

английский

писатель,

то есть практически предложил теорию мо-

«создатель»

Шерлока

лекулярного переноса.

Холмса.

В 1860 – 1865 гг. создал теорию элек-

тромагнитного поля.

Во Франции:

В 1867 г. показал статистическую

родился Пьер

Кюри,

природу второго

начала термодинамики

французский

физик и

(придумал «демона Максвелла», откры-

лауреат

Нобелевской

вающего и закрывающего люк в вакууме, см.

премии 1903 г.

рис. 1.2.7).

1865

Лошмидт, Иоганн Йозеф (нем. Johann

В Америке:

Josef Loschmidt, 1821 – 1895) – австрийский

в результате

смер-

физик и химик.

тельного ранения, полу-

Работал в областях термодинамики,

ченного при покушении

электродинамики и оптики, занимался изуче-

на его жизнь, 14 апреля

нием структуры кристаллов. В 1861 г. первым

1865 г. умер Авраам

предложил кольцеобразную структуру бен-

Линкольн – 16-й прези-

зола.

дент США;

В 1865 г. Лошмидт рассчитал диаметр

в 1866 г. по дну Ат-

молекулы воздуха (1,18−10−9 м) и определил

лантического

океана

число молекул в 1 см3 газа при нормальных

проложен первый транс-

условиях.

атлантический

кабель

Число Лошмидта:

связи.

В Финляндии:

2,6867774(47) ×

основана

компания

× 1025 мол м−3

Nokia – ныне одна из

крупнейших

мировых

компаний в сфере ком-

муникационных

техно-

логий.

1

2

3

1869

Ван-дер-Ваальс, Ян Дидерик (1837 –

В России:

1923) – голландский физик, лауреат Нобелев-

Д.И. Менделеев

ской премии по физике (1910) за работу «над

предложил первый вари-

уравнением состояния газов и жидкостей».

ант Периодической сис-

Большая часть его работ относится к об-

темы элементов.

ласти теоретической молекулярной физики.

Исследовал поведение молекул и занимался

теориями, описывающими состояния мате-

рии. В 1869 г. открыл силы взаимодействия

между молекулами, которые впоследствии

были названы его именем – силы Ван-дер-

Ваальса. В 1873 г. развил «непрерывную мо-

Уравнение

дель», описывающую единство газообразной

и жидкой фаз вещества. На основе этой моде-

Ван-дер-Ваальса

ли он вывел уравнение состояния, которое

написано на памятной

показало, как нужно учитывать притяжение

почтовой марке

молекул и объем занимаемый молекулами.

Радиусы Ван-дер-Ваальса характеризуют

максимально возможное сближение молекул

при столкновении.

1872 – 1873

Больцман, Людвиг (нем. Boltzmann,

В

Шотландии

–

1844 – 1906) – австрийский физик, один из

Англии:

основателей современной статистической фи-

в Глазго

состоялся

зики и физической кинетики, иностранный

первый

официальный

член-корреспондент

Петербургской

АН

международный матч по

(1899).

футболу

между коман-

В 1872 г. в свои 28 лет, применив стати-

дами Шотландии и Анг-

стические методы к кинетической теории га-

лии, счет 0:0.

зов, вывел основное кинетическое уравнение

В 1873 г. разразился

газов.

очередной мировой эко-

Установил фундаментальное

соотноше-

номический

кризис,

а

ние между энтропией физической системы и

первый

мировой эконо-

На

могильном

камне

вероятностью ее состояния, ввел постоян-

мический кризис, про-

Больцмана в Вене выби-

ную Больцмана, доказал статистический ха-

изошел в 1857 г.

та

предложенная

им

рактер 2-го начала термодинамики, что ука-

формула

зало на несостоятельность гипотезы «тепло-

S = kln W,

вой смерти» Вселенной.

связывающая

энтропию

В том же году доказал так называемую

S

термодинамического

Н-теорему, утверждавшую, что Н-функция,

состояния с числом со-

характеризующая состояние замкнутой сис-

ответствующих

микро-

темы, не может возрастать во времени. Эти

состояний W.

исследования Больцмана заложили

основу

Коэффициент

k

≈ 1,38

термодинамики необратимых

процессов.

Дж · К–1 носит название

Вывел один из законов теплового излучения

постоянная Больцмана.

(закон Стефана – Больцмана).

k – постоянная, опреде-

ляющая

связь

между

температурой в Кельви-

нах

и

температурой

в

единицах энергии.

1

2

3

1874

Менделеев, Дмитрий Иванович (1834 –

В России:

1907) – выдающийся русский ученый-

инженер А.Н. Лоды-

энциклопедист и общественный деятель.

гин

получил

патент

на

Известен своими исследованиями в химии,

лампу накаливания;

физике, метрологии, экономике, техноло-

издан

манифест

о

гиях нефти, геологии и т.д. Одно из самых

всеобщей

воинской

по-

известных открытий – периодический за-

винности

в

российской

кон химических элементов.

империи и утвержден Ус-

Исследуя газы, Менделеев вывел в

тав о воинской повинно-

1874 г. общее уравнение состояния иде-

сти.

ального газа, включающее как частность

Уравнение

уравнение Клапейрона, (уравнение Кла-

пейрона – Менделеева).

Клапейрона –

Менделеева:

pV = RT

МакЛеод, Герберт (англ. Herbert

В России:

McLeod 1841 – 1923) – английский химик.

в 1876 г. Павел Нико-

В 1874 г. в свои 33 года изобрел ртутный

лаевич Яблочков получил

манометр (см. рисунок внизу), позволяю-

французский

патент

за

щий осуществлять абсолютные измерения

№ 112024

на

дуговую

давления путем уравновешивания давления

лампу. 15 апреля 1876 го-

сжатого газа весом столбика ртути вплоть

да в Лондоне он показал

до 10–5 Па.

ее на выставке физиче-

Это изобретение относится к уникаль-

ских приборов. Три года

ным изобретениям «на века», к изобрете-

сияние «русского света» ‒

ниям, которым нет замены.

света

Яблочкова

триум-

В принятой в вакуумной технике моде-

ли измерений считается, что измерение аб-

фально освещало

многие

Фотография (1886) лю-

солютного давления это суперзадача, кото-

страны мира.

рую и решает манометр МакЛеода.

Однако

к

1879 г.

безно предоставлена

Манометр еще недавно входил в состав

Т. Эдисон в Америке до-

внучкой МакЛеода –

вел до практического со-

Elizabeth Rogers – при

государственных эталонов давлений.

вершенства

лампу нака-

посредничестве канад-

Впрочем, манометр настолько неудо-

ливания, которая полно-

ского историка

бен, что используют его исключительно

стью

вытеснила

дуговые

Dr. Hannah Gay

редко.

лампы Яблочкова.

(публикуется

впервые)

1

2

3

1892

Дьюар, Джеймс (англ. James Dewar,

В Америке:

1842 – 1923) – шотландский физик и химик.

состоялся

первый

в

В 1891 г. разработал процесс промыш-

мире

публичный баскет-

ленного получения жидкого кислорода. В

больный матч в г. Спринг-

1892 г. изобрёл сосуд для хранения ожи-

филд, штат Массачусетс,

женных газов (сосуд Дьюара).

США.

В 1898 г. получил жидкий водород, а в

1899-м – твёрдый.

В 1904 г. совместно с П. Кюри устано-

вил, что при радиоактивном распаде радона

образуется гелий, что позволило уточнить

постоянную Авогадро.

1905 – 1916

Геде, Вольфганг (нем. Gaede Wolfgang,

В Англии:

1878 ‒ 1945) ‒ немецкий профессор физики

в 1905 г. основан анг-

лийский футбольный клуб

Высшей технической школы в Карлсруэ,

«Челси».

автор практически всех значимых изобре-

В России:

тений в области вакуумной техники, сде-

произошел

полный

ланных в начале ХХ века, в частности, всех

разгром

российской

эс-

видов объемных насосов.

кадры в Цусимском сра-

Именно его творчество в начале XX ве-

жении с японцами;

ка, в частности,

определяет сегодня 100-

произошло

воору-

летний юбилей вакуумной техники.

женное восстание в Мо-

Геде принадлежит также идея использо-

вания газобалластного клапана (1935), без-

скве

‒

пик

революции

альтернативно используемого в наше время

1905

‒ 1907 годов. Вос-

в конструкциях всех современных враща-

стание жестоко подавлено

тельных форвакуумных насосов при откачке

конденсирующихся газов.

армией.

Значение работ профессора Геде как ро-

доначальника современной вакуумной тех-

ники в наше время незаслуженно занижено.

Пирани,

Марчелло (нем.

Marchello

В Италии:

Stefano Pirani, 1880 ‒ 1968) ‒ профессор фи-

в 1906 г. прошло из-

вержение вулкана

Везу-

зики Технического университета Берлина,

вий.

научный сотрудник электроламповой ком-

В Англии:

пании «Сименс и Гальске».

сэр

Джозеф

Джон

В 26 лет (1906) изобрел очень широко

Томсон

удостоен

Нобе-

используемый

в

современной

вакуумной

левской

премии (1906) с

технике «манометр Пирани» ‒ тепловой

формулировкой: «В знак

манометр, нагретая нить которого охлажда-

признания заслуг в облас-

ется молекулами.

ти теоретических и экспе-

риментальных

исследова-

(фотография сделана,

ний

проводимости

элек-

когда Пирани было уже

тричества в газах».

85 лет)

1

2

3

Кнудсен,

Мартин (англ. Martin Hans

В Европе:

Christian Knudsen, 1871 ‒ 1949) ‒ профес-

в

Копенгагене

реше-

нием

Социалистического

сор физики Датского технического универ-

Интернационала

(1910)

ситета.

день

8 марта

объявлен

Совершенствовал кинетическую тео-

Международным женским

рию газов. Показал экспериментально и

днём – праздник, попу-

теоретически, что при низких давлениях

лярный в ряде стран и се-

наблюдается отступление от закона Пуа-

годня.

зейля, в частности имеет место молекуляр-

ное течение.

В 1910 г. ввел число Кнудсена, опре-

деляющее степень вакуума и применение

при исследовании потоков газов либо зако-

нов статистической физики (молекулярный

поток),

либо

механики

сплошных

сред

(вязкостный поток).

Значения числа Кнудсена классифи-

цируют вакуум на низкий, средний, высо-

кий и сверхвысокий.

Ленгмюр,

Ирвинг

(Langmuir,

Irving,

В России:

1881 ‒ 1957) ‒ американский химик и фи-

в 1913 г. празднова-

лось 300-летие дома Ро-

зик, удостоенный Нобелевской премии по

мановых;

химии 1932 за исследования поверхност-

Казимир

Малевич

ных явлений (сорбционных явлений). Внёс

создаёт картину «Чёрный

существенный вклад в исследование про-

квадрат на белом фоне»;

цессов

в

электронных лампах, установив

основаны Нижегород-

закон для плотности тока термоэлектрон-

ский и Пермский универ-

ной эмиссии (закон Ленгмюра). Получил

ситеты в России.

(1911)

атомарный водород и

предложил

В

Королевстве

Ни-

процесс сварки металлов в водородном

дерланды:

пламени

(водородная горелка

Ленгмюра).

Хейке

Камерлинг-

Сконструировал молекулярный манометр

Оннес удостоен Нобелев-

(1913) и первый конденсационный паро-

ской премии (1913) «За

Соавтор нового понятия в

ртутный вакуумный насос (1916). Развил

исследования свойств ве-

физике – плазма от греч.

(1912) теорию теплопроводности. Разрабо-

щества при низких темпе-

πλάσμα – «вылепленное»,

тал (1919) модель атома Ленгмюра. Совме-

ратурах, которые привели

«оформленное», так как

стно с Л. Тонксом ввёл (1929) понятие

к производству

жидкого

форма газового разряда

плазмы и плазменных колебаний (ленгмю-

гелия».

соответствовала форме

ровские колебания). Создал (1919) теорию

трубки, в которой разряд

химической валентности (теория Льюиса–

зажигался.

Ленгмюра). Предложил (1916) уравнение

изотермы

мономолекулярной

адсорбции

(изотерма Ленгмюра).

Заведующий кафедрой «Электрофизические уста-

новки» с 1963 г. по 1988 г. Олег Анатольевич Вальд-

нер был не только видным ученым, но и выдающим-

ся инноватором – за разработку и внедрение линей-

ных ускорителей электронов О.А. Вальднеру была

присуждена Государственная премия СССР за 1979

год. Он был блестящим организатором, как сегодня

Профессор О.А. Вальднер8 на ВДНХ (1968) рас-

говорят, университетским менеджером, намного

опередившим свое время. Огромное внимание Олега

сказывает космонавту Алексею Леонову и

Анатольевича к вопросам PR-оформления любой

председателю Госкомитета по науке и техни-

работы, включая публикации, участие в выставках,

ке СССР академику В.А. Кириллину об иннова-

конференциях и т.п., создало прекрасный бренд ка-

ционном продукте кафедры – ускорителе

федре, который актуален и сегодня.

электронов У-27 (установлен в г. Обнинск)