Измерение низких давлений. Существует много способов измерения низких давлений

Молекулярные потоки

Существует много способов измерения низких давлений. Рассмотрим один из них. Рассмотрение показательно как пример применения основного уравнения МКТ.

Этот способ измерения низкого давления состоит в следующем. Легкий висмутовый шарик помещают над катушкой, создающей сильное магнитное поле. Висмут является диамагнетиком и выталкивается из области сильного магнитного поля, поэтому шарик парит над катушкой. Все это устройство находится в объеме, где надо измерить давление. Первоначально шарик закручивают с угловой скоростью w. Со временем угловая скорость шарика уменьшается.

Причина замедления вращения состоит в том, что вращающийся шарик передает импульс каждой сталкивающейся с ним молекуле газа. Переданный импульс направлен по касательной к поверхности шарика. Таким образом, движение тормозится действием силой трения, замедляющей вращение. Сила трения зависит от угловой скорости вращения. Коэффициент силы трения b=b(P) тем больше, чем больше давления газа. Момент силы трения равен где w – угловая скорость вращения шарика. Решением уравнения движения

является закон изменения угловой скорости:
,
где w(0) – начальная угловая скорость вращения. Измерения угловой скорости в разные моменты времени позволяют определить а вместе с ним и давление P.

Еще один способ измерения низких давлений основан на том, что разогретое тело отдает окружающему его разреженному газу энергию. Скорость передачи энергии пропорциональна числу сталкивающихся с поверхностью тела молекул, а, значит, концентрации и давлению газа. Такой манометр (пирометр) обычно представляет собой нечто напоминающее проекционную лампу накаливания без баллона, которая помещается в откачанный объем. Через нее пропускается ток, так что спиралька раскаляется и излучает свет. Скорость отдачи энергии излучаемым светом определяется температурой поверхности. Но при наличии газа к скорости уноса энергии излучением добавляется скорость уноса ударяющимися о поверхность молекулами. При заданной подводимой мощности температура излучающей поверхности, а вместе с ней и яркость свечения, оказываются ниже яркости свечения в вакууме. По разнице свечения в откачанной емкости и в хорошем вакууме можно определить давление газа.