ما هو الفراغ المطلق؟ التاريخ والمزيد

El vacío، يُعتبر نقصًا في المادة في مساحة معينة ، وهو ما يمكننا ترجمته إلى عدم وجود شيء في مكان ما. في المقالة التالية سنعرف كل شيء عن ماهية الحديث علميًا عن الفراغ وأنواع الفراغ وقياساتها وغير ذلك الكثير.

ما هو الفراغ؟

يتكون الفراغ من التخلي الكامل عن المادة في العناصر ، وهو ما يُعرف علميًا باسم "المادة" في مكان أو مكان معين ، أو حتى يشير إلى عدم وجود نوع من المحتوى داخل الحاوية. يُطلق عليه أيضًا اسم الفراغ على نطاق واسع لما هي حالة المنطقة التي يميل فيها سمك الجزيئات إلى أن يكون أقل بكثير من المستويات ، ومثال على ذلك هو الفضاء بين النجوم.

بالطريقة نفسها ، يحدث ذلك في حالة وجود ثقب نصف مغلق حيث يكون ضغط الفراغ وكذلك الغازات الموجودة في الهواء عادة ما تكون أقل من تلك الموجودة في الغلاف الجوي. يمكن أن يحدث الفراغ بشكل طبيعي أو حتى يتم إنشاؤه بشكل مصطنع ، لذلك يتم استخدامه في العديد من المناسبات لعدد كبير من الأشياء ، كما هو الحال في القطاعات التالية:

• تكنولوجيكو
• القيادة
• صيدلي
• طعام

تعريف الفراغ

وفقًا للمفهوم الممنوح من قبل جمعية الفراغ الأمريكية أو المعروف أيضًا باسمها المختصر "AVS" في عام 1958 ، يشير التعبير إلى مساحة مليئة بكمية من الغازات عند ضغط أقل تمامًا من الضغط الجوي ، لذلك أن درجة الفراغ المذكورة تزداد بالاعتماد المباشر على استهلاك ما هو ضغط الغاز المتبقي.

ما يعنيه هذا هو أنه مع انخفاض الكثافة ، فإن مقدار الفراغ الذي سيتم الحصول عليه سيكون أكبر بكثير ، مما يسمح للخبراء أن يكونوا قادرين على تصنيف درجة الفراغ وتحديد موقعه. كل من هذه النطاقات لها خصائصها الخاصة.

قياس الفراغ

الضغط الجوي هو كل ما يمارسه الغلاف الجوي أو حتى الهواء على سطح الأرض. في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي الطبيعي ، 1 م³ الهواء هو الذي يحمل أكثر أو أقل من 2 × 1.025،1.600 جزيءًا تتحرك بسرعة متوسطة تبلغ حوالي XNUMX كيلومتر في الساعة (كم / ساعة).

تتمثل إحدى طرق قياس الضغط الجوي في مقياس الضغط الزئبقي. عادة ما تعبر عن القيم من حيث ارتفاع عمود الزئبق لوحدة المقطع العرضي الذي يتكون من حوالي 760 مم. على هذا الأساس ، يمكن القول أن الغلاف الجوي القياسي عادة ما يساوي حوالي 760 مم زئبق.

يتم استخدامه للراحة كقياس للضغط لما يسمى بوحدة Torricelli التي تحمل الرمز "Torr" ؛ لذلك يمكن تحديد ما يلي:

1 تور = 1 مم زئبق

وهو ما يعطي: 1 atm = 760 Torr ؛ لذا 1 تور = 1/760 من الغلاف الجوي القياسي ، باختصار:

1 تور = 1,316،10 × 3 - XNUMX ضغط جوي ، مما يعني أن هذه كانت النتيجة النهائية.

قياس الضغط المنخفض

الطريقة التي طورها Pirani هي الأكثر استخدامًا والأكثر شيوعًا لقياس الضغوط المنخفضة. هذه الطريقة نفسها تتعامل فقط مع نوع من جسر ويتستون حيث تتعرض قوة الجسر للفراغ المراد قياسه.

ستختلف مقاومة هذا النوع من عناصر الاستشعار وفقًا لكيفية تغير الضغط ، لأنه في الفراغات القريبة من الضغط الجوي ، سوف يكون الفتيل على اتصال بالعديد من الجزيئات ، مما ينتج عنه درجة حرارة منخفضة وفي نفس الوقت ينتج عنه انخفاض قيمة مقاومة.

بينما يتحسن الفراغ ، سيجد هذا النوع من الخيوط عددًا أقل من الجزيئات لتبديد الحرارة ، مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة. هذا النوع من زيادة درجة الحرارة هو ما سيؤدي بدوره إلى زيادة في قيمة المقاومة ، مما يؤدي إلى حدوث نوع من عدم التوازن في جسر ويتستون المذكور أعلاه.

يتم قياس هذا النوع من عدم الاستقرار بمساعدة مقياس ميكرومتر. ثم سيتم استيفاء جميع الميكروامبيرات التي تم إنشاؤها بسبب جسر ويتستون بقيم الفراغ نفسه.

تعود هذه القيم في جدول واحد يتم رسم مقياس به ، وهذا هو المكان ، على سبيل المثال ، في حالة مقاييس الفراغ CINDELVAC ، سيكون هناك "1" ميكرو أمبير عندما يكون ما يسمى بالمستشعر في فراغ كبير وفي "0" ميكرو أمبير تحت الضغط الجوي. يتكون محتوى جدول الاستجابة لما يسمى جسر CINDELVAC Wheatstone مما يلي:

• 0 مللي فولت = 0,001 مللي بار
• 2 مللي فولت = 0,010 مللي بار
• 11 مللي فولت = 0,100 مللي بار
• 36 مللي فولت = 1 مللي بار
• 45 مللي فولت = 9 مللي بار

قياسات التأين

هذه لها نفس نوع الأساس مثل ما يسمى بقنابل التأين ، لدرجة أنه يتم اعتبارها نوعًا من العواقب. عندما يحين الوقت لحساب شدة فراغ معينة ، يتم استخدام بعض المقترحات التي قدمها الفيزيائي الشهير Bayard-Alpert ، وهو الشخص الرئيسي المسؤول عن جميع أنواع الأجهزة التي تمكنت من توفير كل تلك الضغوط بدقة حتى حوالي 10-12 تور.

تُبذل العديد من أنواع القوى المختلفة على الأرض ، من بينها القوى الأساسية للطبيعة. يتكون الهواء الذي نتنفسه بشكل أساسي من مجموعة كبيرة ومتنوعة من الغازات ؛ من بينها تلك التي لها أهمية كبيرة تتكون من الأكسجين والنيتروجين ، ومع ذلك ، فهي تحتوي بشكل عام على عدد من تركيزات الغاز مثل:

• نشبع
• أرجون
• نيون
• شمس بادئة
• كريبتون
• زينون
• هيدروجين
• الميثان
• أكسيد النيتروز
• بخار الماء.

تطبيقات تقنيات الفراغ

الآن في هذه المناسبة سيتم تقديمك مع نوع التطبيقات التقنية للفراغ التي يتم تنفيذها اعتمادًا على الوضع المادي الموجود في ذلك الوقت:

الموقف المادي الأول: ضغط منخفض

• الهدف: يتم تحقيق فرق الضغط.

• التطبيقات: يتم استخدامه للدعم ، والرفع ، والنقل في الإطارات ، والمكانس الكهربائية ، والتصفية ، وكذلك القولبة.

الوضع المادي الثاني: كثافة جزيئية منخفضة

• الهدف: إزالة المكونات النشطة من الغلاف الجوي.

• التطبيقات: يتم استخدامه للمصابيح سواء كانت متوهجة أو فلورية أو أنابيب كهربائية ، في الصهر والتلبيد والتعبئة والتغليف والكشف عن التسرب.

الوضع المادي الثالث: كثافة جزيئية منخفضة

• الهدف: استخلاص الغاز المحتبس أو المذاب.

• التطبيقات: يتم استخدامه للتجفيف ، والتجفيف ، والتركيز ، والتجميد ، وإزالة الغازات والتشريب.

الوضع المادي الرابع: كثافة جزيئية منخفضة

• الهدف: انخفاض نقل الطاقة.

• التطبيقات: يتم استخدامه للعزل الحراري والعزل الكهربائي والموازنة الدقيقة الفراغية ومحاكاة الفضاء.

الوضع المادي الخامس: دورة مجانية متوسطة كبيرة

• الهدف: تجنب الاصطدامات أو الاصطدامات.

• التطبيقات: في هذه الحالة يتم استخدامه من أجل:

- الانابيب الالكترونية - اشعة الكاثود - تليفزيون

- الخلايا الضوئية - المضاعفات الضوئية - أنابيب الأشعة السينية

- مسرعات الجسيمات - مطياف الكتلة - فواصل النظائر

- المجاهر الإلكترونية - لحام شعاع الإلكترون

- المعدنة (التبخر ، الرش الكاثودي) - التقطير الجزيئي

الوضع المادي السادس: وقت تشكيل أحادي الطبقة طويل

• الهدف: تنظيف الأسطح.

• التطبيقات: دراسة الاحتكاك والالتصاق وتآكل السطح. اختبار المواد للتجارب المكانية.

تاريخ

طوال العصور القديمة وحتى عصر النهضة ، تم استبعاد وجود الضغط الجوي. لذلك لم يكن من الممكن إعطاء نوع من التفسير للظاهرة بسبب الفراغ. في مناطق اليونان ، تعارض حوالي نوعين من النظريات لهذا السبب بالذات.

بالنسبة إلى أبيقور وخاصة بالنسبة لديموقريطس ومدرسته الفكرية بأكملها ، لم تتكون المادة بالكامل من الاستمرارية ، بل تم تحضيرها من قبل الجسيمات الصغيرة غير المرئية المعروفة باسم الذرات التي تتحرك في وسط مساحة فارغة وذلك باستخدام الترتيبات المختلفة. تسببت هذه الحالات المادية المختلفة.

على عكس ذلك بالنسبة للفيلسوف العظيم المسمى أرسطو ، رفض هذا الرجل نظرية الفراغ ومن أجل تبرير اعتقاده وكل من الظواهر التي لم تستطع فيزياء أرسطو تفسيرها ، فقد اقتبس مقولة مشهورة تقول ما يلي:

"الطبيعة تشعر بالرعب من الفراغ"

أصبحت هذه النظرية سائدة بشكل كامل خلال العصور الوسطى واستمرت حتى اكتشاف الضغط. أصبح هذا النوع من مفهوم "فراغ الرعب" مستخدمًا على نطاق واسع حتى من قبل جاليليو نفسه في بداية القرن السابع عشر عندما لم يكن قادرًا على أن يشرح لكل من تلاميذه الحقيقة البسيطة المتمثلة في وجود نوع من عمود الماء داخل أنبوب مغلق في نهايته لا تؤتي ثمارها إذا كان الأنبوب مقلوبًا بينما الطرف الحر مغمور في الماء.

ومع ذلك ، كان هذا الرجل قادرًا على تعليم جميع تلاميذه اهتمامه بالحصول على شرح للحقيقة السابقة وكل ما يتعلق بها ، وخاصة لماذا مضخات الشفط - الدفاعات ، وهي العضو الهيدروليكي الذي ابتكره أليخاندرينو ستيسيبيوس ، الذي كان معاصرًا لأرخميدس ، لم يتمكنوا من جعل المياه ترتفع من الآبار إلى ارتفاع يزيد عن 10 أمتار في الارتفاع.

التسلسل الزمني للاكتشافات حول تقنية الفراغ

دعونا نلاحظ تسلسلًا زمنيًا لجميع الاكتشافات التي تم إجراؤها حول تقنية Void بدءًا من عام 1643 إلى عام 1953 ، على الرغم من أنه سيتم ذكر بعضها فقط حتى لا يتم التوسع كثيرًا في هذه القائمة حيث إنها حوالي 40 حدثًا:

الأول

• نبذة عن الكاتب: إيفانجليستا توريشيلي
• العام: 1643
• العمل أو الاكتشاف: فراغ في عمود 760 مم زئبق

ثان

• نبذة عن الكاتب: بلاز باسكال
• العام: 1650
• العمل أو الاكتشاف: تباين عمود الزئبق مع الارتفاع

ثالث

• نبذة عن الكاتب: أوتو فون جويريك
• العام: 1654
• العمل أو الاكتشاف: مضخات تفريغ بمكبس. ماغدبورغ نصف الكرة الأرضية

الرابعة

• نبذة عن الكاتب: روبرت بويل
• العام: 1662
• العمل أو الاكتشاف: قانون حجم الضغط للغازات المثالية

خامس

• نبذة عن الكاتب: ادم ماريوت
• العام: 1679
• العمل أو الاكتشاف: قانون حجم الضغط للغازات المثالية

سيكستو

• نبذة عن الكاتب: أنطوان لافويزير
• العام: 1775
• العمل أو الاكتشاف: يتكون الهواء من خليط من O2 و N2

سابعا

• نبذة عن الكاتب: دانيال برنولي
• العام: 1783
• العمل أو الاكتشاف: النظرية الحركية للغازات

ثامن

• نبذة عن الكاتب: جاك تشارلز ج. جاي لوساك
• العام: 1802
• العمل أو الاكتشاف: قانون تشارلز وجاي لوساك ، قانون درجة حرارة الغازات المثالية

تاسع

• نبذة عن الكاتب: وليام هنري

• العام: 1803

• العمل أو الاكتشاف: قانون هنري ، وهو أنه عند درجة حرارة ثابتة ، فإن كمية الغاز المخفف في سائل ما تتناسب طرديًا مع الضغط الجزئي الذي يمارسه الغاز على السائل المذكور.

عشر

• نبذة عن الكاتب: ميدهيرست
• العام: 1810
• العمل أو الاكتشاف: اقتراح أول خط فراغ هوائي بين مكاتب البريد.

الحاديه عشر

• نبذة عن الكاتب: وليام كوليدج
• العام: 1915
• العمل أو الاكتشاف: أنبوب الأشعة السينية

الثاني عشر

• نبذة عن الكاتب: وولفجانج جايد
• العام: 1915
• العمل أو الاكتشاف: مضخة ناشر الزئبق.

الثالث عشر

• نبذة عن الكاتب: ايرفينج لانجموير
• العام: 1915
• العمل أو الاكتشاف: مصباح وهاج مملوء بغاز خامل.

الرابع عشر

• نبذة عن الكاتب: ايرفينج لانجموير
• العام: 1916
• العمل أو الاكتشاف: مضخة ناشر مكثفات الزئبق

الخامس عشر

• نبذة عن الكاتب: أوليفر إلسورث باكلي
• العام: 1916
• العمل أو الاكتشاف: مقياس التأين بالكاثود الساخن

السادس عشر

• نبذة عن الكاتب: هولويك
• العام: 1923
• العمل أو الاكتشاف: قنبلة جزيئية

السابع عشر

• نبذة عن الكاتب: جيدي
• العام: 1935
• العمل أو الاكتشاف: الصابورة الغازية في المضخات الدوارة

الثامن عشر

• نبذة عن الكاتب: إم بينينغ
• العام: 1937
• العمل أو الاكتشاف: مقياس فراغ التأين الكاثود البارد

التاسع عشر

• نبذة عن الكاتب: كينيث هيكمان
• العام: 1936
• العمل أو الاكتشاف: مضخة ناشر الزيت.

الثاني عشر

• نبذة عن الكاتب: شوارتز ، آر جي هيرب
• العام: 1953
• العمل أو الاكتشاف: القنابل الأيونية.

كما ذكرنا سابقًا ، هذه القائمة المختصرة ليست سوى جزء من التسلسل الزمني لاكتشافات نظام الفراغ.

تطبيقات الفراغ

في أوقات مختلفة ، في المختبرات الكبيرة اليوم ، يحدث أن نوعًا معينًا من الحاويات المليئة بالغاز يجب إفراغها على الفور. يجب أن يصبح الإخلاء الخطوة الأساسية في خلق بيئة غازية جديدة.

أثناء عملية التقطير ، يجب إزالة الغاز المذكور بشكل متكرر أثناء تنفيذ عملية التفريغ. في مناسبات معينة ، يُطلب تفريغ الحاوية بأكملها من أجل منع نفس الهواء من تلويث جزء معين من السطح النظيف أو من التدخل في نوع من التفاعل الكيميائي.

يجب أن تدار الجسيمات الذرية في فراغ لمنع فقدان "الزخم" من خلال الاصطدامات بينها وبين جزيئات الهواء. عادة ما يمتص الهواء نفسه كمية كبيرة من الإشعاع ولا يمكن نثره إلا على فترات طويلة في الفراغ.

يتكون نوع من نظام التفريغ من جزء أساسي لما هي أدوات المختبر ، من بينها مطياف الكتلة وأيضًا المجاهر الإلكترونية. بالنسبة للجفاف بالتفريغ ، يتم استخدام نظام الفراغ البسيط بشكل متكرر وكذلك للتجميد بالفراغ.

الأدوات أو الآلات المتطورة للغاية والواسعة النطاق التي تتطلب نظام الفراغ هي الأجهزة الحرارية النووية وكذلك مسرعات الجسيمات النووية. في حالة العمليات الحديثة العظيمة للصناعات ، من بين أكثرها بروزًا إنشاء أشباه الموصلات ، والتي تتطلب حقًا بيئة يتم التحكم فيها بالكامل تحت الفراغ بطريقة حذرة ودقيقة.

أنظمة الفراغ

عادةً ما تختلف كثافة وهيكل جميع الغازات الناتجة داخل ما يسمى بنظام الفراغ وفقًا لتاريخها وتصميمها بطريقة مهمة. بالنسبة لبعض التطبيقات ، هناك كمية صغيرة من الغازات العادمة التي تحتوي على ملايين وملايين الجزيئات لكل سم³ إلى حد ما يمكن تحمله.

الشيء الذي كان مثار جدل كبير منذ العصور القديمة أصبح نظرية أصل الكون التي نوقشت كثيرًا من قبل فلاسفة تاريخ البشرية العظماء.

في مناسبات عديدة أخرى ، فقط بضعة آلاف من الجزيئات لكل سم³ فهي كافية لخلق فراغ مناسب. بالنسبة لحالات وجود ضغوط تحت الغلاف الجوي ، يتم تصنيفها على النحو التالي:

النطاق الأول - الفراغ: الضغط البيئي

• الضغط في hPa (mbar): 013
• الضغط بالمليمتر زئبقي (تور): 8
• جزيئات / سم³: 7 × 10¹⁹
• جزيئات / سم³: 7 × 10²⁵
• يعني طريقا حرا: 68 nm¹â € <

النطاق الثاني - الفراغ: فراغ منخفض

• الضغط في hPa (mbar): ٢٠٢٤/٢٠٢٣
• الضغط بالمليمتر زئبقي (تور): 225-7.501 × 10^-1
• جزيئات / سم³: 10¹⁹- 10¹⁶
• جزيئات / سم³: 10²⁵- 10²²
• يعني طريقا حرا: ٢٠٢٤/٢٠٢٣ ميكرون

النطاق الثالث - الفراغ: نصف فارغ

• الضغط في hPa (mbar): ٢٠٢٤/٢٠٢٣^-3
• الضغط بالمليمتر زئبقي (تور): 501 × 10^-1- 7.501 × 10^-4
• جزيئات / سم³: 10¹⁶- 10¹³
• جزيئات / سم³: 10²²- 10¹⁹
• يعني طريقا حرا: 1 - 100 مم

الرابع - المدى الفارغ: فراغ عالية

• الضغط في hPa (mbar): 10^-3- 10^-7
• الضغط بالمليمتر زئبقي (تور): 501 × 10^-4- 7.501 × 10^-8
• جزيئات / سم³: 10¹³- 10⁹
• جزيئات / سم³: 10¹⁹- 10¹⁵
• يعني طريقا حرا: 10 سم - 1 كم

النطاق الخامس - الفراغ: مكنسة كهربائية عالية جدا

• الضغط في hPa (mbar): 10^-7- 10^-12
• الضغط بالمليمتر زئبقي (تور): 501 × 10^-8- 7.501 × 10^-13
• جزيئات / سم³: 10⁹- 10⁴
• جزيئات / سم³: 10¹⁵- 10¹⁰
• يعني طريقا حرا: 1 كم - 10⁵km

السادس - المدى الفارغ: مرتفع للغاية الفراغ

• الضغط في hPa (mbar): ^-12
• الضغط بالمليمتر زئبقي (تور): <7.501 × 10^-13
• جزيئات / سم³: ⁴
• جزيئات / سم³: ¹⁰
• يعني طريقا حرا: > 10⁵km

يتم تغيير هيكل الغاز داخل نظام التفريغ في وقت إطلاق النظام لأن كفاءة مضخات التفريغ تختلف بالنسبة للغازات. عند شدة منخفضة ، تبدأ جزيئات جدران الحاوية المذكورة في الطرد وفي تلك اللحظة بالذات يبدأ تكوين الغاز المتبقي.

في المقام الأول ، تسمى كثافة الغاز المتبقي على الجدران بخار الماء وثاني أكسيد الكربون ؛ عند ضغوط منخفضة جدًا ، في حالة الحاويات التي تم إطلاقها ، يمكن العثور على الهيدروجين.

للإنهاء ، نوصيك أن ترى أنه ملف مدار وكل ما يتعلق بهذا المسار في الكون.