Что такое пустота?



Ю. Шуколюков



   Казалось бы, что может быть бесполезнее и скучнее пустого пространства? А между тем в технике "пустота" или, как говорят инженеры, "вакуум", – занимает почетное место. Что же это такое "пустота"?
   Если в комнате нет вещей, вы говорите, что она пустая. На самом деле это не так – она была бы пустой, если бы в ней не было... воздуха.
   Воздух состоит из множества маленьких частиц, которые ученые назвали молекулами. Но что значит "множество"? Тысяча или миллион? Количество молекул в воздухе вашей комнаты измеряется числом с двадцатью семью нулями. По сравнению с ним миллион – крошечная величина. В одном наперстке воздуха помещается 1 000 000 000 000 000 000 000 молекул!
   Молекулы никогда не останавливаются. Они беспорядочно носятся, налетая друг на друга, ударяясь обо все предметы, попадающиеся им на пути. Каждая молекула за одну секунду пролетает 500 метров. Почему же мы не чувствуем, когда на нас наталкиваются молекулы? Да потому, что каждая из них весит всего-навсего 1 /100 000 000 000 000 000 000 000 долю грамма.
   Можно ли в действительности создать пустоту в комнате или в каком-либо сосуде? Оказывается, можно. Ученые это делают. И делают с помощью насосов. Работа же насосов напоминает работу водяной мельницы. Мельницу вы видите на рисунке. На другом рисунке изображен насос, который создает "пустоту". Не правда ли, он похож на водяную мельницу? Похож, но только действует наоборот. Колесо с лопатками вращается электромотором. А лопатки гонят многие миллиарды молекул газа в нужном направлении. Однако эти частицы-невидимки могут ускользнуть в щели и зазоры насоса: ведь для молекул любая щелка размером в игольное ушко – все равно, что для нас ворота шириной в сто километров. Чтобы предотвратить "бегство" молекул, в насос заливают специальное насосное масло. Оно закупоривает все щели так, что молекулы никуда не разбегаются. Такой насос называется масляным. Он создает "пустоту" в том сосуде, к которому его присоединяют.
   Масляный насос помог, например, изобрести электрическую лампочку.
   Первые электрические лампочки создал инженер Лодыгин. Они были похожи на наши, современные: такой же стеклянный баллон. Только накалялась в лампочке, вместо металлической проволочки, палочка из угля. Но жила такая лампочка очень недолго – всего полчаса – угольная палочка сгорала. Почему же так происходило? Оказывается, виноват воздух, который попадал внутрь лампочки.
   В воздухе имеется газ кислород. Молекулы кислорода, словно "хищники", набрасываются на раскаленный уголек. Происходит химическая реакция, при которой угольная палочка сгорает. Лодыгин решил удалить газовые молекулы из баллона. Сделал он это с помощью масляного насоса. И лампочка стала гореть не полчаса, а целых тысячу часов. Через несколько лет угольную палочку заменили вольфрамовой проволочкой и электрические лампочки стали такими, какими мы их знаем. Вот так "пустота" помогла создать электрическое освещение.
   Необходима "пустота" и металлургам.
   Случается иногда так. Сварят сталь, выльют из печи, охладят и рассмотрят под микроскопом, – а в металле появились мелкие пузырьки и трещинки. Плохая получилась сталь... Почему же ее пришлось забраковать? Оказывается, при плавке внутрь бурлящего металла забираются частицы воздуха. Поэтому, чтобы получить хорошую сталь, плавку производят в "пустоте". Да и выплавить металл из руды в "пустоте" легче: нужные химические реакции идут быстрее. А раз реакции идут быстрее, значит не надо сильно нагревать печь. Вот и получается, что "пустота" помогает экономить топливо.
   Может ли масляный насос создать совершенно пустое пространство? Оказывается, нет. Большинство молекул он выкачивает. Но некоторые частички все же проскальзывают сквозь мельчайшие щелочки обратно. И сколько бы насос ни работал, все новые и новые молекулы будут проскальзывать назад. В технике часто бывает необходимо получить такую "пустоту", что масляному насосу не справиться. Например, нужна она была при изготовлении радиоламп. Вы знаете, что радиолампы в XX веке применяли очень широко, благодаря им работали радиоприемники и телевизоры, самолеты могли летать не только днем и в хорошую погоду. Без радиоламп люди не овладели бы секретом атомной энергии.
   Зачем же в радиолампах нужна "пустота"? Радиолампа работает тогда, когда внутри нее из одного конца в другой в строго определенном направлении несутся маленькие частички. название которых – электроны. Эти электроны в тысячи раз меньше молекул. И вот, если в радиолампе недостаточно "пустоты", электроны начинают сталкиваться с молекулами. Стукнется электрон о молекулу и отскочит от нее и еще изменит направление своего полета А потом еще много раз столкнется с другими газовыми молекулами. В результате он попадет совсем не туда, куда следует, и радиолампа работать не будет. Поэтому-то из радиоламп необходимо выкачивать весь воздух. Ученые придумали другой насос. Изобрели его одновременно два человека: профессор Боровик в нашей стране и инженер Геде в Германии. Оба они ничего не знали о работах друг друга. В их насосе используется струя пара, но только не из воды, а из ртути. Ртуть ведь тоже жидкость, она так же может кипеть, бурлить, как и вода в чайнике. Когда ртуть нагревают, образуются ртутные пары – скопление мельчайших капелек ртути. Пары направляют по трубочке так, чтобы они с силой вырывались из нее, как пар воды из носика чайника.
   Эти безобидные капельки "беспощадны" к газовым молекулам: как только в струю ртутного пара попадает частица газа, ее тотчас подхватывают ртутные капельки и начинают толкать, вертеть, кружить, гнать – и в конце концов уносят с собой.
   Однако и ртутным насосом не удается выкачать все до одной молекулы. На помощь приходит мороз и уголь. Странное сочетание, правда? На самом же деле, уголь обладает такой способностью: как только к его поверхности подлетает молекула какого-нибудь газа, она сразу же прилипает к ней, как муха к липкой бумаге.
   Если осмотреть через микроскоп маленький кусочек угля, то оказывается. он весь пронизан канальцами, порами, щелями. Молекулы газа свободно залетают в такие канальцы. Например, в кусочке угля размером со стиральную резинку внутренняя поверхность канальцев, трещин и щелей составляет около трех тысяч квадратных метров! Поэтому стоит только поместить уголь в том месте, где нужно создать "пустоту", как он тотчас же захватит, множество газовых молекул. А если его еще охладить, то на поверхности налипнет сразу много слоев молекул. Охлаждать уголь нужно сильно – до температуры минус 180 градусов. Для этого применяют жидкий воздух: в жидком состоянии воздух очень холоден. Однако и с углем, охлаждаемым жидким воздухом, не удается получить полной пустоты.
   Кроме насосов и охлажденного угля, ученые часто применяют еще "пожирателей молекул". Один из них – дорогой металл палладий. Кусочек этого металла величиной с горошину может "съесть" целую литровую банку газа водорода. В действительности он, конечно, не "ест", а вступает в химическую реакцию с водородом и поглощает его.
   Как ни стараются ученые, им до сих пор не удалось получить такую "пустоту", чтобы не оставалось ни одной газовой молекулы. Поэтому и пишется здесь это слово в кавычках.
   Теперь вы знаете, что "пустота" – "вакуум" – вовсе не бесполезна. Изучение пустоты составляет целый раздел техники, и инженеры думают, к каким еще хитроумным способам прибегнуть, чтобы создать полнейшую пустоту.

Рисунки Е. Новожилова