1.2 Одиниці вимірювання вакууму.

Сучасна вакуумна техніка дозволяє отримати тиск у вакуумній камері~ Торр. Діапазон тиску від цього значення до величини атмосферного тиску (~ Торр) складає 18 порядків. Забезпечити вимірювання якимось одним універсальним приладом у такому широкому проміжку тисків неможливо.

П

Рис.14.1

рилади, за допомогою яких вимірюється тиск, називаються манометрами. Манометри для низьких тисків ще називають вакууметрами, хоча взагалі останні складаються з двох частин: манометричного перетворювача і вимірювального блока. Абсолютним манометром називають такий, яким тиск вимірюється безпосередньо, тобто шкала якого може бути розрахована.

Більшість манометрів не є абсолютними, а приладами непрямих вимірів, тобто тиск визначається на основі того чи іншого фізичного явища за допомогою відповідного перетворювача.

У Міжнародній системі одиниць (SI) за одиницю тиску прийнятий паскаль (Па) — тиск, створюваний силою в 1 ньютон (Н), рівномірно розподіленої по поверхні площею 1 м² і спрямованої нормально до неї.

Несистемна одиниця тиску (1 кгс/см²) дорівнює тиску на площу 1 см² сили в 1 кгс, де 1 кгс — сила, що придає масі в 1 кг нормальне прискорення вільного падіння в 9,81 м/с². Одиниця тиску системи МКГСС (метр, кілограм-сила, секунда) дорівнює 1 кгс/м².

У рідинних приладах з водяним або ртутним заповненням скляних трубок вимірювання тиску виконується в міліметрах водяного або ртутного стовпа (мм.вод.ст. або мм.рт.ст.). Значення, обмірювані в цих одиницях, звичайно відносять до нормального прискорення вільного падіння тіл і нормальній температурі, рівної для води 4°С і ртуті 0°С. Неважко встановити, що тиск в 1 мм.вод.ст. дорівнює тиску в 1 кгс/м².

Несистемна одиниця тиску — бар, дорівнює тиску 1·10⁵ Па або 1,01972 кгс/см². Ця одиниця зручна в тім відношенні, що числа, що виражають тиск у барах і кгс/см², відрізняються між собою не більше ніж на 2%.

Через те що зазначені одиниці — кгс/см², мм.вод.ст., мм.рт.ст. і бар — у цей час мають поширення, вони тимчасово допускаються до застосування поряд з одиницями системи SI.

В англійських мірах одиницею тиску є 1 англ. фунт-сила (4,45 Н) на 1 кв. дюйм (0,645·10-3 м²), рівна 6890 Па.

Основні одиниці вимірювання тиску:

- 1 = 1 Па – 1 паскаль;

- 1 = 1 ат - 1 технічна атмосфера;

- 1 атм - 1 фізична атмосфера;

- 1 бар;

- 1 мм.рт.ст. - 1 Торр.;

- 1 п'єза.

Співвідношення між одиницею тиску системи SI і колишніми наведені в табл.5.1.

Таблиця 5.1. Співвідношення між одиницями тиску.

Па	ат =	атм	бар	Торр	мм.вод.ст. =
1	1,02∙105	9,87∙106	10 5	75∙104	0,102
9,81∙104	1	0,968	0,981	736	104
1,013∙105	1,033	1	1,013	760	1,033∙104
105	1,02	0,987	1	750	1,02∙104
133	1,36∙10-3	1,32∙10-3	1,33∙10-3	1	13,6
9,81	10-4	9,68∙10-5	9,81∙10-5	7,36∙10-2	1

1.3 Історія дослідження вакууму.

Дослідження вакууму розпочалися зі створення «торрічеллієвої порожнечі» італійським фізиком Еванджеліста Торрічеллі в середині XVII століття. Для отримання безповітряного простору Торрічеллі заповнив ртуттю тонку склянну трубку із запаяним кінцем, а потім опустив трубку відкритим кінцем униз в посудину, куди могла витекти ртуть. Як наслідок витікання частини ртуті з трубки, ртуть у трубці опустилася, а над нею утворився порожній простір. Запропонований Торрічеллі принцип використовується у ртутних барометрах, оскільки рівень ртуті в трубці залишається таким, щоб зрівноважити атмосферний тиск.

Досліди Торрічеллі заперечили неправильне твердження Аристотеля про те, що природа боїться порожнечі (horror vacui латиною). Однак, прихильники ідеї Аристотеля у свою чергу заперечували, що, мабуть, простір над ртуттю заповнений якоюсь невидимою речовиною. У відповідь на ці заперечення Блез Паскаль продемонстрував, що рівень ртуті змінюється з висотою.

Перший вакуумний насос винайшов у 1654 Отто фон Ґеріке. У 1850 Август Теплер винайшов насос Теплера, у 1855 Генріх Гайслер отрмав за допомогою ртутного насоса тиск 0,01 торр, а у 1865 Германн Шпренгель — насос Шпрегеля. Удосконалення конструкції насосів у середині XIX ст. відкрило шлях для створення вакуумних ламп.