Лекция №1 Исторический экскурс

Вакуумная техника – это наука, которая имеет дело с физическими и химическими процессами в газах при давлениях ниже атмосферного. Она имеет дело как с самими процессами в сосудах при низких давлениях ( в технологических камерах оборудования, камерах исследовательских установок и т.п) так и с задачами измерений при этих процессах.

В Средние века церковь запрещала все исследования связанные с пустотой, т.к провозглашала это понятие священным. В 1211 году Уставом Парижского Собора заниматься “пустотой” было разрешено только теологам. Натурфилософы не имели такого права. Одним из главных постулатов теологии был: “Природа боится Пустоты”.

В 1640 году итальянский ученый Галилео Галилей, занятый в то время проектированием и строительством колодцев во Флоренции определил “Силу боязни Пустоты” и показал, что она составляет 10 метров водяного столба или 1 кг на см².

В 1643 году Эвангиелисто Торичелли, ученик Галилея измерил эту силу, используя стеклянную трубку, запаянную с одного конца, и показал , что эта сила уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм. Пустое пространство под поверхностью ртути было названо “Торригеллева пустота”, т.к считали его абсолютно пустым. Сейчас мы знаем , что это пространство заполнено парами ртути с давлением около мм. рт.ст (или Па). Позже единица давления в

1 мм.рт.ст была названа тором в честь Торичели.

В 1648 году Блез Паскаль открыл, что “Сила боязни Пустоты” была ничем иным, как атмосферным давлением. Сначала он повторил опыты Торичелли с трубкой и ртутью. Затем он попросил своего свояка Флорена Перье повторить этот эксперимент сначала у подножья горы Пюи де Дом, а затем на вершине. Эксперимент был проведен в присутствии горожан города Клермона 16 сентября 1648 года и показал разницу уровней столба ртути 82,5 мм для высоты 1,5 км. Паскаль был первым, кто доказал, что атмосферные газы создают давление. В честь этого открытия современная единица давления названа Паскалем (1 Па = 0.0076 тор).

В 1650 году Отто фон Герике, мэр города Магдебурга, сконструировавший первый воздушный насос с водяным уплотнением , осуществил свои знаменитые эксперименты с “Магдебургскими полушариями”.

В 1825 году Жан Батист Дюма, французский химик получил низкое давление путем конденсации паров воды в закрытом объеме .В 1835 году Роберт Бунзен, немецкий химик, получил вакуум с использованием струи жидкости, но все эти изобретения не использовались на практике, т. к в них не было технической потребности.

Только изобретение в 1873 году электрической лампы накаливания русским инженером А. Лодыгиным явилось первым практическим толчком для развития вакуумной техники.

В 1883 году американский инженер Томас Эдисон изобрел первую приемно-усилительную лампу, использующая принцип термоэмиссии.

В 1887 году русские ученые А. Столетов и Г. Герц открыли явление фотоэлектронной эмиссии. Эти три выдающиеся технические открытия заложили техническую и экономическую основу для бурного развития вакуумных технологий.

В 1874 году шотландец Мак Леод изобрел компрессионный манометр, а итальянец Пирани – манометр сопротивления, позволяющие измерять давления в низком и среднем вакууме.

В 1884 году итальянский инженер Малиньяни впервые использовал сорбент (фосфор) для улучшения вакуума в электрической лампе.

В 1904 году француз Дюар впервые использовал активированный уголь, охлажденный жидким азотом для сорбции (откачки) газов.

В 1906 году немецкий инженер Геде изобрел вращательный ртутный, а затем вращательный масляный насосы. Пять лет позже он изобрел молекулярный (вращательный ) насос.

В период с 1914 по 1916 гг парортутный диффузионный насос был практически одновременно изобретен в трех странах, разделенных границами Первой Мировой войны: в России – профессор Боровиком, в Германии – Геде, во Франции – Ленгмюром.

В 1916 году американский ученый Бакли изобрел ионизационный манометр. В 1928 году Берч изобрел паромасляный диффузионный насос, в котором ртуть была заменена маслом.

Фундаментальные основы вакуумной техники были созданы в начале ХХ века теоретическими работами Дешмана (Америка), Ленгмюра (Франция), Кэмпбелла (Англия), Кнудсена (Голландия), а также русскими учеными – академиком Иоффе и профессором Богуславским.

В России производство электронных ламп было основано в 1914 году Бонч- Бруевичем в Нижнем Новгороде, с 1919 году создано производство в Петербурге (завод “ Светлана”), а с 1921 года начал работать Электроламповый завод в Москве.

Запомним единицы измерения давления (вакуума):

1. Международная единица - 1 Па (Паскаль)

1 Па =1 Н*м ^–2 = 1 кг* м * с^-2 * м^-2

2. Внесистемная единица – 1 Тор

1 Тор = 1мм .рт. столба = 0,001 м 13590 кг*м^-3 *1 м ² 9,8 м * с ^–2 1 м^-2=133,3 Н*м^-2

1 Тор = 133,3 Па

1 Па = 0,0076 тор