Что такое вакуум

Опубликовано 23.07.2010 Ведущий Антон Степанов

Вакуум и вакуумная техника широко применяется в науке, технике и быту, начиная от обычных ламп накаливания и заканчивая уникальным адронным коллайдером. Так что такое вакуум? На этот вопрос обычно отвечают: "пространство с разреженным воздухом" или "пространство внутри сосуда, из которого выкачан воздух". Можно ли удовлетвориться подобными ответами? Всякую ли степень разрежения можно назвать вакуумом и находится ли степень вакуума в какой-либо связи с атмосферным давлением?
Действительно, предположим, что в баллоне воздух разрежен в десять тысяч раз по сравнению с его плотностью при нормальном атмосферном давлении, т. е. давление внутри баллона равно 0,076 мм ртутного столба. Будет ли в баллоне вакуум? И можем ли мы продолжать считать, что в баллоне вакуум, если этот баллон поднят на высоту 100 км над поверхностью земли, где давление воздуха составляет всего 0,007 мм ртутного столба? Ведь в этом случае плотность воздуха внутри баллона станет в 10 раз большей, чем снаружи. Если баллон непрочен, то его разорвет как бомбу. Где же теперь будет вакуум - внутри баллона или снаружи?
Современная физика связывает понятие вакуума не с величиной давления вне или внутри сосуда, а с длиной свободного пробега молекул газа внутри него. Молекулы газов находятся в беспрерывном хаотическом тепловом движении, достигающем больших скоростей: при комнатной температуре скорость теплового движения молекул воздуха составляет около 450 м в секунду, т. е. приближается к скорости пули. Двигаясь во всех направлениях, молекулы постоянно сталкиваются друг с другом. Чем плотнее воздух, тем больше молекул заключается в единице объема, и тем чаще молекулы будут сталкиваться.
Если воздух разрЕдить, то молекулы будут сталкиваться менее часто. В среднем им придется пролетать больший путь между двумя столкновениями. Путь, который молекуле приходится пролетать между двумя столкновениями, называется длиной свободного пробега.
Вакуумом с физической точки зрения считается такое разрежение, при котором длина свободного пробега больше размеров сосуда. В этом случае столкновения молекул будут редки, большая часть молекул в своем движении от одной стенки сосуда до другой не встретится с другими молекулами.
При таком определении вакуума получается, что в космосе вакуума нет.