Является ли вакуум диэлектриком?

При проведении лабораторных исследований изучаемые образцы иногда помещают в особую камеру, из которой откачивается воздух. Применение вакуумного насоса полностью останавливает окисление, что позволяет, например, заметно улучшить условия просушивания материалов. Кроме того, абсолютная пустота надёжно защищает образцы от акустического воздействия. Но можно ли считать созданный в камере вакуум еще и диэлектриком? Чтобы правильно ответить на этот вопрос, стоит вспомнить о сущности некоторых физических явлений.

Два варианта упорядоченного движения заряженных частиц

Строго говоря, диэлектриками и проводниками принято называть какие-либо вещества. Вакуум, как известно – это пустота. В идеальном варианте в нём нет ни атомов, ни молекул. Поэтому есть смысл немного изменить исходный вопрос, сформулировав его так: способен ли электрический ток проходить сквозь вакуум?

Типичный проводник, например, медь, состоит из атомов со свободными электронами. Такое название этих элементарных частиц обусловлено их слабой связью с ядром. Под воздействием электрического поля они способны «перескочить» на соседний атом, становясь частью упорядоченного движения, которое и называется током. Совершенно очевидно, что в вакууме подобные явления происходить не могут. Поэтому проводником пустота точно не является. Но и диэлектриком в полном смысле этого слова считать её всё-таки тоже нельзя. Дело в том, есть и другой вариант упорядоченного движения заряженных частиц, при котором наличие вакуума является не преградой, а необходимым условием.

Термоэлектронная эмиссия

Если откачать воздух из герметичного стеклянного сосуда, а затем подключить к расположенным на его двух противоположных концах клеммам провода, присоединенные к обычному аккумулятору, ничего не произойдёт. В этом случае ток действительно не сможет пройти сквозь вакуум.

Но можно поступить немного иначе - разогреть катод, то есть клемму, к которой подключен «минус» аккумулятора. При этом возникнет так называемая эмиссия, то есть выход свободных электронов за пределы металла. Поскольку эти частицы несут отрицательный заряд, они будут притянуты противоположной клеммой, анодом. Никаких препятствий на своем пути они не встретят, поскольку в сосуде отсутствует вещество. Другими словами, в вакууме возникнет ток. Характерно, что скорость движения заряженных частиц в пустоте в миллиарды раз выше, чем в металле.

Это явление позволило создать первые диоды и триоды, а затем и более сложные устройства. И хотя сегодня шкафы сушильные управляются обычно полупроводниковой электроникой, вакуумные приборы всё еще находят себе применение. У них есть целый ряд присущих только им позитивных качеств.