מהו הריק המוחלט? היסטוריה ועוד

El vacío, נחשב כחוסר חומר במרחב מסוים, שאנו יכולים לתרגם לחוסר משהו במקום. במאמר הבא נדע הכל על מהו הריק מבחינה מדעית, סוגי הוואקום, המידות שלהם ועוד ועוד.

מהו הריק?

הריק מורכב מהנטישה המוחלטת של החומר באלמנטים, המוכר מדעית כ"חומר" בחלל או במקום ספציפי, או אפילו מתייחס להיעדר סוג כלשהו של תוכן בחלק הפנימי של מיכל. זה נקרא גם ואקום למה שהוא מצבו של אזור שבו עובי החלקיקים נוטה להיות הרבה מתחת לרמות, דוגמה לכך תהפוך למרחב בין-כוכבי.

באותו אופן, זה קורה במקרה של חור סגור למחצה שבו לחץ ואקום כמו גם זה של הגזים באוויר הוא בדרך כלל פחות מאשר באטמוספירה. הריק יכול להתרחש באופן טבעי או אפילו להיווצר באופן מלאכותי, ולכן הוא משמש בהזדמנויות רבות למספר רב של דברים, כגון במגזרים הבאים:

• טקנולוג'יקו
• מוטורי
• רוקח
• מזון

הגדרה של הריק

על פי התפיסה שהעניקה אגודת הוואקום האמריקאית או הידועה גם בראשי תיבות "AVS" בשנת 1958, הביטוי מתייחס לחלל כלשהו המלא בכמות גזים בלחץ שהוא לגמרי פחות מאשר בניגוד ללחץ אטמוספרי, כך שמידת הוואקום האמורה גדלה בתלות ישירה בפחת של מה שהוא לחץ הגז השיורי.

המשמעות היא שככל שהעוצמה יורדת, כמות הוואקום שתירכש תהיה הרבה יותר גדולה, מה שמאפשר למומחים להיות מסוגלים לסווג את מידת הוואקום ולאתר אותו. לכל אחד מהטווחים הללו יש מאפיינים משלו.

מדידת ואקום

לחץ אטמוספרי הוא כל מה שמתרגל את האטמוספירה או אפילו את האוויר על פני כדור הארץ. בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי רגיל, 1 מ'³ אוויר הוא כזה הנושא פחות או יותר 2 על 1.025 מולקולות שנמצאות בתנועה במהירות ממוצעת של כ-1.600 קמ"ש (קמ"ש).

אחת הדרכים למדוד לחץ אטמוספרי היא באמצעות ברומטר כספית; זה בדרך כלל מבטא את הערכים במונחים של גובה עמודת הכספית של חתך יחידה המורכב מאורך של כ-760 מ"מ. על בסיס זה, ניתן לומר כי אטמוספירה סטנדרטית שווה בדרך כלל לכ-760 מ"מ כספית.

היא משמשת מטעמי נוחות כמדידת לחץ ליחידת Torricelli שנקראת בעלת הסמל "Torr"; אז אפשר להגדיר ש:

1 טור = 1 ממ"כ

מה שנותן את זה: 1 atm = 760 טור; אז 1 טור = 1/760 של אווירה סטנדרטית, בקצרה:

1 טור = 1,316 x 10 - 3 atm, כלומר זו הייתה התוצאה הסופית.

מדידת לחץ נמוך

השיטה שפותחה על ידי פיראני, היא הנפוצה והשכיחה ביותר ליכולת למדוד לחצים נמוכים. אותה שיטה עוסקת רק במעין גשר וויאטסטון שבו כוח גשר נחשף לוואקום שיימדד.

ההתנגדות של אלמנט חיישן מסוג זה תשתנה בהתאם לשינוי הלחץ, מכיוון שבשואבים הקרובים ללחץ אטמוספרי נימה הלהט תהיה במגע עם הרבה יותר מולקולות, מה שייצור טמפרטורה נמוכה ובו בזמן יביא לרמה נמוכה ערך התנגדות.

בעוד שהוואקום הולך להשתפר, סוג זה של נימה ימצא מספר קטן יותר של מולקולות כדי לפזר את החום, מה שגורם לעלייה בטמפרטורה. סוג זה של עליית טמפרטורה היא מה שתיצור בתורה עלייה בערך ההתנגדות, ותיצור מעין חוסר איזון בגשר וויאטסטון הנ"ל.

סוג זה של חוסר יציבות נמדד בעזרת מיקרו-אממטר. אז זה הולך להיות אינטרפולציה של כל המיקרואמפר שנוצרו עקב גשר וויטסטון עם ערכי הוואקום עצמו.

ערכים אלו חוזרים בטבלה 1 איתה מציירים סולם, זה המקום שבו, למשל, במקרה של מדי ואקום CINDELVAC, יהיו "0" מיקרואמפר כאשר החיישן כביכול נמצא בוואקום גבוה וב "50" מיקרואמפר בלחץ אטמוספרי. התוכן של טבלת התגובות של מה שנקרא CINDELVAC Wheatstone bridge מורכב מהדברים הבאים:

• 0mV = 0,001mbar
• 2mV = 0,010mbar
• 11mV = 0,100mbar
• 36mV = 1mbar
• 45mV = 9mbar

מדידות יינון

לאלה יש את אותו סוג של בסיס כמו פצצות היינון כביכול, עד כדי כך שהן נחשבות כסוג של תוצאה. כשמגיע הזמן לחישוב עוצמות ואקום מסוימות, נעשה שימוש בכמה הצעות שניתנו על ידי הפיזיקאי הנודע בייארד-אלפרט, שהוא האחראי העיקרי לכל אותם סוגי מכשירים שהצליחו לספק במדויק את כל אותם לחצים עד בערך 10–12 טור.

סוגים רבים ושונים של כוחות מופעלים על כדור הארץ, ביניהם כוחות היסוד של הטבע. האוויר שאנו נושמים מורכב בעיקר ממגוון גדול של גזים; ביניהם אלה בעלי חשיבות רבה מורכבים מחמצן וחנקן, עם זאת, הוא מכיל בדרך כלל מספר ריכוזי גזים כגון:

• פחמן דו חמצני
• אַרגוֹן
• נֵאוֹן
• הליו
• קריפטון
• קסנון
• מֵימָן
• מתאן
• חמצן דו חנקני
• קיטור מים.

יישומים של טכניקות ואקום

כעת בהזדמנות זו יוצגו לכם איזה סוג של יישומים טכניים של השואב מתבצע בהתאם למצב הפיזי הקיים כרגע:

המצב הפיזי הראשון: לחץ נמוך

• Objetivo: הפרש לחצים מושג.

• יישומים: הוא משמש לתמיכה, הרמה, הובלה בצמיגים, שואבי אבק, סינון, כמו גם דפוס.

מצב פיזי שני: צפיפות מולקולרית נמוכה

• Objetivo: הסר רכיבים פעילים מהאטמוספרה.

• יישומים: הוא משמש למנורות, בין אם הן צינורות ליבון, פלורסנט או חשמליים, בהתכה, סינטר, אריזה, עטיפה ולאיתור נזילות.

מצב פיזי שלישי: צפיפות מולקולרית נמוכה

• Objetivo: הפקת גז חסום או מומס.

• יישומים: הוא משמש לייבוש, התייבשות, ריכוז, ליאופיליזציה, הסרת גז והספגה.

מצב פיזי רביעי: צפיפות מולקולרית נמוכה

• Objetivo: ירידה בהעברת אנרגיה.

• יישומים: הוא משמש לבידוד תרמי, בידוד חשמלי, מיקרו-איזון ואקום והדמיית חלל.

מצב פיזי חמישי: קורס בינוני חינם

• Objetivo: הימנע מהתרסקויות או התנגשויות.

• יישומים: במקרה זה הוא משמש עבור:

-הצינורות האלקטרוניים - קרני קתודה - טלוויזיה

-Photocells – Photomultipliers – X-Ray Tubes

-מאיצי חלקיקים - ספקטרומטרי מסה - מפרידי איזוטופים

-מיקרוסקופים אלקטרוניים - ריתוך קרן אלקטרוני

-מתכת (אידוי, ריזור קתודי) - זיקוק מולקולרי

מצב פיזי שישי: זמן היווצרות חד-שכבתי ארוך

• Objetivo: משטחים נקיים.

• יישומים: מחקר של חיכוך, הידבקות, קורוזיה פני השטח. בדיקת חומרים לחוויות מרחביות.

היסטוריה

לאורך העת העתיקה ועד מה שהפך לרנסנס, לא נכלל קיומו של לחץ אטמוספרי. לכן לא ניתן היה לתת מעין הסבר על התופעות בגלל הוואקום. באזורי יוון, בערך 2 סוגים של תיאוריות נכנסו לעימות מסיבה זו בדיוק.

עבור אפיקורוס ובייחוד עבור דמוקריטוס וכל אסכולתו, החומר לא היה מורכב כולו מהמשכיות, אלא הוכן על ידי החלקיקים הבלתי נראים הקטנים הידועים כאטומים שנעו באמצע חלל ריק וזה עם הסידורים השונים אלה גרמו למצבים הפיזיים השונים.

שלא כמו, שעבור הפילוסוף הגדול בשם אריסטו, האיש הזה דחה את התיאוריה על הריק וכדי להצדיק את אמונתו וכל אחת מהתופעות שהפיזיקה של אריסטו עצמו לא יכלה להסביר, הוא ציטט משפט ידוע שאומר את הדברים הבאים:

"הטבע מרגיש אימה בריק"

זו הפכה לתיאוריה שהפכה לדומיננטית לחלוטין במהלך ימי הביניים ונמשכה עד לגילוי הלחץ. סוג זה של מושג "אימה vacui" נעשה שימוש נרחב אפילו על ידי גלילאו עצמו בתחילת המאה ה-XNUMX כאשר הוא לא הצליח להסביר לכל אחד מתלמידיו את העובדה הפשוטה שמעין עמוד מים בתוך צינור שהיה סגור. בקצהו אינו יורד אם הצינור התהפך בזמן שהקצה החופשי שקוע במים.

עם זאת, האיש הזה הצליח ללמד את כל תלמידיו על הדאגה שלו לקבל הסבר על העובדה הקודמת וכל מה שקשור אליה, במיוחד מדוע משאבות היניקה - אימפלרים, שהוא האיבר ההידראולי שהגיע אל Being שהומצא על ידי אלחנדרינו קטסיביוס, שהיה בן דורו של ארכימדס, הם לא יכלו לגרום למים לעלות מהבארות לגובה שגובהו עולה על 10 מטרים.

כרונולוגיה של גילויים על טכנולוגיית ואקום

הבה נתבונן בכרונולוגיה של כל התגליות שהתגלו לגבי טכנולוגיית Void החל משנת 1643 ועד שנת 1953, אם כי רק חלקם יוזכרו כדי לא להרחיב יותר מדי ברשימה זו מכיוון שמדובר על 40 אירועים:

ראשון

• מחבר: אוונג'ליסטה טורצ'לי
• שנה: 1643
• עבודה או גילוי: הוואקום בעמודה של 760 מ"מ כספית

שני

• מחבר: בלז פסקל
• שנה: 1650
• עבודה או גילוי: שינוי של עמוד הכספית עם הגובה

שְׁלִישִׁי

• מחבר: אוטו פון גריקה
• שנה: 1654
• עבודה או גילוי: משאבות ואקום בוכנות. חצי כדור מגדבורג

רביעי

• מחבר: רוברט בויל
• שנה: 1662
• עבודה או גילוי: חוק לחץ-נפח של גזים אידיאליים

קווינטו

• מחבר: אדמי מריוט
• שנה: 1679
• עבודה או גילוי: חוק לחץ-נפח של גזים אידיאליים

שִׁשִׁית

• מחבר: אנטואן לבואזיה
• שנה: 1775
• עבודה או גילוי: אוויר המורכב מתערובת של O2 ו-N2

שביעית

• מחבר: דניאל ברנולי
• שנה: 1783
• עבודה או גילוי: תיאוריה קינטית של גזים

אוקטבו

• מחבר: ז'אק צ'רלס-ג'יי. גיי-לוסאק
• שנה: 1802
• עבודה או גילוי: חוק צ'ארלס וגיי-לוסאק, חוק נפח-טמפרטורה של גזים אידיאליים

תשע

• מחבר: ויליאם הנרי

• שנה: 1803

• עבודה או גילוי: חוק הנרי, שהוא שבטמפרטורה בלתי משתנה, כמות הגז המדולל בנוזל עומדת ביחס ישר ללחץ החלקי שמפעיל הגז על הנוזל האמור.

עשירית

• מחבר: מדהרסט
• שנה: 1810
• עבודה או גילוי: מציע קו ואקום פנאומטי ראשון בין סניפי דואר.

אַחַד עָשָׂר

• מחבר: וויליאם קולידג'
• שנה: 1915
• עבודה או גילוי: צינור רנטגן

שְׁנֵים עָשָׂר

• מחבר: וולפגנג גייד
• שנה: 1915
• עבודה או גילוי: משאבת מפזר כספית.

שְׁלוֹשׁ עֶשׂרֵה

• מחבר: אירווינג לנגמויר
• שנה: 1915
• עבודה או גילוי: מנורת ליבון מלאה בגז אינרטי.

אַרְבָּעָה עָשָׂר

• מחבר: אירווינג לנגמויר
• שנה: 1916
• עבודה או גילוי: משאבת מפזר קונדנסט כספית

חֲמִישָׁה עָשָׂר

• מחבר: אוליבר אלסוורת באקלי
• שנה: 1916
• עבודה או גילוי: מד יינון קתודה חם

שש עשרה

• מחבר: הולווק
• שנה: 1923
• עבודה או גילוי: פצצה מולקולרית

שבע עשרה

• מחבר: גייד
• שנה: 1935
• עבודה או גילוי: גז – נטל במשאבות סיבוביות

שמונה עשרה

• מחבר: מ' פנינג
• שנה: 1937
• עבודה או גילוי: מד ואקום יינון קתודה קרה

תֵשַׁע עֶשׂרֵה

• מחבר: קנת היקמן
• שנה: 1936
• עבודה או גילוי: משאבת מפזר שמן.

שְׁנֵים עָשָׂר

• מחבר: י. שוורץ, ר.ג. הרב
• שנה: 1953
• עבודה או גילוי: פצצות יונים.

כפי שהזכרנו קודם, רשימה קצרה זו היא רק חלק מהכרונולוגיה של גילויי מערכת הוואקום.

יישומי ואקום

בתקופות שונות, במעבדות הגדולות של היום, קורה שיש לרוקן מיד סוג מסוים של מיכל מלא בגז. פינוי צריך להפוך לשלב העיקרי ביצירת סביבה גזי חדשה.

במהלך תהליך הזיקוק, יש להסיר את הגז האמור לעתים קרובות בזמן תהליך הריקון. בהזדמנויות מסוימות נדרש לרוקן את כל המיכל על מנת למנוע מאותו אוויר לזהם חלק מסוים של המשטח נקי או להפריע לתגובה כימית כלשהי.

יש לנהל את החלקיקים האטומיים בוואקום על מנת למנוע מהו אובדן ה"מומנטום" דרך ההתנגשויות בינו לבין מולקולות האוויר. כמות גדולה של קרינה נספגת בדרך כלל באוויר עצמו וניתן לפזר אותה רק על פני פרקים ארוכים בוואקום.

סוג של מערכת ואקום מורכבת מחלק בסיסי עבור מה הם מכשירי המעבדה, ביניהם ספקטרומטר המסה וגם מיקרוסקופי האלקטרונים. עבור התייבשות ואקום, מערכת הוואקום הפשוטה משמשת לעתים קרובות כמו גם להקפאת ואקום.

מכשירים או מכונות או מכונות מתוחכמים ביותר ובקנה מידה גדול שדורשים את מערכת הוואקום הם התקנים תרמו-גרעיניים וגם מאיצי חלקיקים גרעיניים. במקרה של התהליכים המודרניים הגדולים של התעשיות, בין הבולטים ביותר הוא יצירת מוליכים למחצה, שבאמת דורשים סביבה שנשלטת במלואה תחת ואקום בצורה זהירה ועדינה.

מערכות ואקום

גם העוצמה וגם המבנה של כל הגזים שנוצרים בתוך מערכת ואקום כביכול משתנים בדרך כלל בהתאם להיסטוריה ולעיצוב שלה בצורה חשובה. עבור יישומים מסוימים כמות גסה קטנה של גז פסולת המכילה מיליוני ומיליוני מולקולות לס"מ³ זה קצת נסבל.

משהו שעורר מחלוקת גדולה מאז ימי קדם הפך לתיאוריה של מקור היקום אשר נדון רבות על ידי הפילוסופים הגדולים של תולדות האנושות.

בהזדמנויות רבות אחרות, רק כמה אלפי מולקולות לס"מ³ הם מספיקים כדי ליצור ואקום הולם. למקרים של נוכחות לחצים הנמצאים מתחת לאטמוספירה, אלה מסווגים כדלקמן:

טווח הריק הראשון: לחץ סביבתי

• לחץ ב-hPa (mbar): 013
• לחץ בממ"כ (טור): 8
• מולקולות/ס"מ³: 7 × 10¹⁹
• מולקולות/ס"מ³: 7 × 10²⁵
• נתיב חופשי ממוצע: 68 nm¹​

טווח הריק השני: ואקום נמוך

• לחץ ב-hPa (mbar): 300 - 1
• לחץ בממ"כ (טור): 225 - 7.501 × 10^-1
• מולקולות/ס"מ³: 10¹⁹- 10¹⁶
• מולקולות/ס"מ³: 10²⁵- 10²²
• נתיב חופשי ממוצע: 1 - 100 מיקרומטר

טווח הריק השלישי: חצי ריק

• לחץ ב-hPa (mbar): 1 - 10^-3
• לחץ בממ"כ (טור): 501 × 10^-1- 7.501 × 10^-4
• מולקולות/ס"מ³: 10¹⁶- 10¹³
• מולקולות/ס"מ³: 10²²- 10¹⁹
• נתיב חופשי ממוצע: 1 - 100 מ"מ

הרביעי – טווח ריק: ואקום גבוה

• לחץ ב-hPa (mbar): 10^-3- 10^-7
• לחץ בממ"כ (טור): 501 × 10^-4- 7.501 × 10^-8
• מולקולות/ס"מ³: 10¹³- 10⁹
• מולקולות/ס"מ³: 10¹⁹- 10¹⁵
• נתיב חופשי ממוצע: 10 ס"מ - 1 ק"מ

החמישי – טווח ריק: שואב אבק גבוה במיוחד

• לחץ ב-hPa (mbar): 10^-7- 10^-12
• לחץ בממ"כ (טור): 501 × 10^-8- 7.501 × 10^-13
• מולקולות/ס"מ³: 10⁹- 10⁴
• מולקולות/ס"מ³: 10¹⁵- 10¹⁰
• נתיב חופשי ממוצע: 1 ק"מ - 10⁵km

ה-Sixth – Void Range: חלל גבוה במיוחד

• לחץ ב-hPa (mbar): <10^-12
• לחץ בממ"כ (טור): <7.501 × 10^-13
• מולקולות/ס"מ³: <10⁴
• מולקולות/ס"מ³: <10¹⁰
• נתיב חופשי ממוצע: > 10⁵km

מבנה הגז בתוך מערכת ואקום משתנה בזמן שהמערכת משתחררת מכיוון שהיעילות של משאבות ואקום שונה עבור גזים. בעוצמות נמוכות, המולקולות של דפנות המיכל האמור מתחילות להיפלט ובאותו רגע מתחילה היווצרות הגז שיורית.

בעיקר, צפיפות הגז שנשאר על הקירות נקראת אדי מים ופחמן דו חמצני; בלחצים נמוכים מאוד, במקרה של מיכלים שנורו, ניתן למצוא מימן.

לסיום, אנו ממליצים לך לראות שזה א מַסלוּל וכל מה שקשור למסלול הזה ביקום.