Согласно формуле, средняя длина свободного пробега молекул ?
обратно пропорциональна концентрации n молекул. Откачивая из сосуда газ, по мере снижения давления число столкновений молекул уменьшается, что приводит к увеличению длины свободного пробега. Газ, давление которого меньше нормальное атмосферное давление, называют разреженным. При достаточно большом разрежении столкновения между молекулами относительно редки, поэтому основную роль играют столкновения молекул со стенками сосуда. Вакуумом называют состояние газа, при котором средняя длина свободного пробега ? молекул сравнима (или больше) с линейным размером d откачиваемой сосуды, характерным для данного процесса.
В зависимости от соотношения ? и d - размера, характерного для каждого случая (например, диаметр вакуумного трубопровода, расстояние между электродами электронной лампы), различают низкий, средний, высокий и сверхвысокий вакуум. Газ в состоянии высокого вакуума называют ультрарозридженим. Для получения различных степеней разрежения применяют вакуумные насосы. В настоящее время используют вакуумные насосы, позволяющие получить предварительное разрежение (форвакуум) до ? 0,13 Па, а также вакуумные насосы (например, диффузионные насосы), позволяющие получить давление 13,3 мкПа - 1,33 ППА (10-7 -10-14 мм рт. ст.).
Остановимся на некоторых свойствах ультрарозриджених газов. Поскольку в состоянии ультрарозридження молекулы практически друг с другом не соприкасаются, то газ в этом состоянии не имеет внутреннего трения. Отсутствие столкновений между молекулами разреженного газа отражается также на механизме теплопроводности. Если при обычном давлении переноса энергии молекулами проводится «эстафетой», то при ультрарозридженни каждая молекула сама должна перенести энергию от одной стенки сосуда к другой.
Явление уменьшения теплопроводности вакуума при понижении давления используется на практике для создания тепловой изоляции. Например, для уменьшения теплообмена между телом и окружающей средой тело помещают в сосуд Дьюара, который имеет двойные стенки, между которыми находится разреженный воздух (теплопроводность воздуха очень мала).
Рассмотрим два сосуда 1 и 2, соединенных между собой трубкой, в которых поддерживаются температуры, соответственно, Т1 и Т2 (рис. 4.3). Если длина свободного пробега молекул значительно меньше диаметр соединительной трубки (? << d), то стационарное состояние газа характеризуется равенством давления в обоих сосудах (р1 = р2).