Путь молекул газа при тепловом движении в условиях низкого и высокого вакуума

А. Низкий вакуум (l d)

d — линейные размеры сосуда.

В случае низкого вакуума путь, описываемый любой молекулой газа (рис. 3-1 и 3-2), представляет собой пространственную ломаную линию, обусловленную столкновениями со встречными молекулами. При взаимных столкновениях молекулы меняют скорости по закону упругого удара.

Стенки сосуда полностью покрыты слоем адсорбированных молекул газа, т. е. молекул, которые, ударившись о стенку сосуда, остаются на ней как бы в сконденсированном состоянии. Хотя эти молекулы удерживаются на поверхности лишь очень недолгое время и непрерывно испаряются, тем не менее онивследствие малой длины свободного пути, отлетев от стенки, практически немедленно сталкиваются с другими молекулами газа; благодаря этим столкновениям на месте испарившихся молекул газа снова адсорбируются или те же, или новые молекулы, получившие направление на стенку. Таким образом, в условиях низкого вакуума на стенках сосуда постоянно поддерживается адсорбированный слой газа.

Б. Высокий вакуум (1 d)

В случае высокого вакуума путь каждой молекулы (рис. 3-3) представляет собой прямую линию между двумя точками на стенках сосуда, в которые последовательно ударяется молекула. Отдельные молекулы движутся совершенно независимо друг от друга, без взаимных столкновений.

Благодаря тому, что при испарении адсорбированной молекулы движению последней не препятствуют столкновения с другими молекулами, вся стенка или значительная ее часть освобождается от адсорбированного слоя.

Отметим, что удар молекулы об участки поверхности, свободные от адсорбированного газа, неупругий: при ударе молекула на некоторое (хотя бы очень короткое) время задерживается на стенке, а затем слетает в случайном направлении (независимо от угла падения).