Kas ir Absolūtais Tukšums? Vēsture un vairāk

El vacío, tiek uzskatīts par matērijas trūkumu noteiktā telpā, ko mēs varam tulkot kā kaut kā trūkumu vietā. Nākamajā rakstā mēs uzzināsim visu par to, kas ir tukšums zinātniski runājot, par vakuuma veidiem, to mērījumiem un daudz ko citu.

Kas ir Tukšums?

Tukšums sastāv no pilnīgas atteikšanās no materiāla elementos, ko zinātniski sauc par "materiālu" noteiktā telpā vai vietā, vai pat attiecas uz kāda veida satura trūkumu konteinera iekšpusē. To plaši sauc arī par vakuumu, kas ir tāda apgabala stāvoklis, kurā daļiņu biezums mēdz būt krietni zem līmeņiem, piemēram, starpzvaigžņu telpa.

Tādā pašā veidā tas notiek pusaizvērta cauruma gadījumā, kur vakuuma spiediens kā arī gāzu līmenis gaisā parasti ir mazāks nekā atmosfērā. Tukšums var rasties dabiski vai pat mākslīgi, tāpēc tas tiek izmantots daudzos gadījumos daudzām lietām, piemēram, šādos sektoros:

• Tehnoloģiski
• Autobraukšana
• Farmaceits
• Ēdiens

Tukšuma definīcija

Saskaņā ar jēdzienu, ko 1958. gadā piešķīra American Vacuum Society vai pazīstams arī ar akronīmu "AVS", šis izteiciens attiecas uz kādu telpu, kas piepildīta ar gāzu daudzumu ar spiedienu, kas ir pilnīgi mazāks nekā atšķirībā no atmosfēras spiediena. ka minētā vakuuma pakāpe tiek palielināta tiešā atkarībā no atlikušās gāzes spiediena vērtības samazināšanās.

Tas nozīmē, ka, intensitātei samazinoties, iegūtā vakuuma daudzums būs daudz lielāks, kas ļauj ekspertiem klasificēt vakuuma pakāpi un noteikt tā atrašanās vietu. Katram no šiem diapazoniem ir savas īpašības.

Vakuuma mērīšana

Atmosfēras spiediens ir viss, kas praktizē atmosfēru vai pat gaisu uz zemes virsmas. Istabas temperatūrā un normālā atmosfēras spiedienā 1 m³ Gaiss ir tāds, kas pārvadā vairāk vai mazāk 2 x 1.025 molekulas, kas kustas ar vidējo ātrumu aptuveni 1.600 kilometri stundā (km/h).

Viens veids, kā izmērīt atmosfēras spiedienu, ir dzīvsudraba barometrs; tas parasti izsaka vērtības dzīvsudraba kolonnas augstuma izteiksmē vienības šķērsgriezumam, kas sastāv no aptuveni 760 mm garuma. Pamatojoties uz to, var teikt, ka standarta atmosfēra parasti ir aptuveni 760 mmHg.

Ērtības labad to izmanto kā spiediena mērīšanu tā sauktajai Torricelli vienībai, kurai ir simbols “Torr”; tāpēc var definēt, ka:

1 Torr = 1 mmHg

Kas dod, ka: 1 atm = 760 Torr; tātad 1 Torr = 1/760 no standarta atmosfēras, īsumā:

1 Torr = 1,316 x 10 – 3 atm, kas nozīmē, ka šāds ir gala rezultāts.

Zema spiediena mērīšana

Pirani izstrādātā metode ir visizplatītākā un visizplatītākā zema spiediena mērīšanai. Šī pati metode attiecas tikai uz sava veida Vitstonas tiltu, kur tilta spēks ir pakļauts mērāmajam vakuumam.

Šāda veida sensora elementa pretestība mainīsies atkarībā no spiediena izmaiņām, jo ​​pie vakuuma, kas ir tuvu atmosfēras spiedienam, kvēldiegs saskarsies ar daudz vairāk molekulu, kas radīs zemu temperatūru un tajā pašā laikā rada zemu. pretestības vērtība.

Kamēr vakuums uzlabosies, šāda veida kvēldiegs atradīs mazāku molekulu skaitu, lai izkliedētu siltumu, kā rezultātā paaugstinās temperatūra. Šāda veida temperatūras paaugstināšanās ir tas, kas savukārt izraisīs pretestības vērtības pieaugumu, radot zināmu nelīdzsvarotību iepriekš minētajā Vitstonas tiltā.

Šāda veida nestabilitāti mēra ar mikroampermetru. Tad tas interpolēs visus mikroampērus, kas radušies Vitstonas tilta dēļ, ar paša vakuuma vērtībām.

Šīs vērtības atgriežas 1 tabulā, ar kuru tiek uzzīmēta skala, šeit, piemēram, CINDELVAC vakuuma mērītājiem būs "0" mikroampēri, kad tā sauktais sensors atrodas augstā vakuumā un "50" mikroampēri pie atmosfēras spiediena. Šī tā sauktā CINDELVAC Wheatstone tilta atbilžu tabulas saturs sastāv no sekojošā:

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

Jonizācijas mērījumi

Tām ir tāds pats pamats kā tā sauktajām jonizācijas bumbām, tādā mērā, ka tās tiek uzskatītas par sava veida sekām. Kad ir pienācis laiks aprēķināt noteiktas vakuuma intensitātes, tiek izmantoti daži priekšlikumi, kurus sniedzis slavenais fiziķis Bayard-Alpert, kurš ir galvenā persona, kas ir atbildīga par visiem tiem ierīču veidiem, kas ir spējuši precīzi nodrošināt visus šos spiedienus līdz apm. 10–12 Torr.

Uz Zemes tiek iedarbināti daudz dažādu spēku veidi, starp tiem ir Dabas pamatspēki. Gaiss, ko mēs elpojam, galvenokārt sastāv no lielas gāzu daudzveidības; starp tiem ļoti svarīgie ir skābeklis un slāpeklis, taču parasti tajā ir vairākas gāzes koncentrācijas, piemēram:

• Oglekļa dioksīds
• Argons
• Neona
• Helio
• Kriptons
• Ksenons
• Ūdeņradis
• Metāns
• Slāpekļa oksīds
• Ūdens tvaiks.

Vakuuma tehnikas pielietojumi

Tagad šajā gadījumā jums tiks parādīts, kāda veida vakuuma tehniskie pielietojumi tiek veikti atkarībā no konkrētajā brīdī esošās fiziskās situācijas:

Pirmā fiziskā situācija: Zems spiediens

• Objetivo: Tiek panākta spiediena starpība.

• Pieteikumi: Izmanto atbalstam, celšanai, transportēšanai riepās, putekļsūcējos, filtrēšanai, kā arī formēšanai.

Otrā fiziskā situācija: Zems molekulārais blīvums

• Objetivo: Izņemiet no atmosfēras aktīvās sastāvdaļas.

• Pieteikumi: To izmanto lampām neatkarīgi no tā, vai tās ir kvēlspuldzes, dienasgaismas vai elektriskās lampas, kausēšanai, saķepināšanai, iepakošanai, iekapsulēšanai un noplūžu noteikšanai.

Trešā fiziskā situācija: Zems molekulārais blīvums

• Objetivo: Aizsprostotas vai izšķīdušas gāzes ekstrakcija.

• Pieteikumi: To izmanto žāvēšanai, dehidratācijai, koncentrēšanai, liofilizācijai, degazēšanai un impregnēšanai.

Ceturtā fiziskā situācija: Zems molekulārais blīvums

• Objetivo: Samazināta enerģijas pārnešana.

• Pieteikumi: To izmanto siltumizolācijai, elektroizolācijai, vakuuma mikrobalansam un telpas simulācijai.

Piektā fiziskā situācija: Lielisks vidējais bezmaksas kurss

• Objetivo: Izvairieties no avārijām vai sadursmēm.

• Pieteikumi: Šajā gadījumā to izmanto:

- Elektroniskās lampas - katodstari - TV

-Fotoelementi - Fotopavairotāji - Rentgena lampas

-Daļiņu paātrinātāji - masas spektrometri - izotopu atdalītāji

-Elektroniskie mikroskopi - elektronu staru metināšana

-Metalizācija (iztvaicēšana, katoda izsmidzināšana) - molekulārā destilācija

Sestā fiziskā situācija: Ilgs vienslāņa veidošanās laiks

• Objetivo: Tīras virsmas.

• Pieteikumi: Berzes, adhēzijas, virsmas korozijas izpēte. Materiālu testēšana telpiskās pieredzes iegūšanai.

Vēsture

Visā senatnē un līdz pat renesansei atmosfēras spiediena pastāvēšana tika izslēgta. Tāpēc vakuuma dēļ nebija iespējams sniegt kaut kādu skaidrojumu par parādībām. Grieķijas reģionos tieši šī iemesla dēļ konfliktēja aptuveni divu veidu teorijas.

Epikūram un vēl jo īpaši Dēmokritam un visai viņa domas skolai matērija nesastāvēja tikai no nepārtrauktības, bet drīzāk to sagatavoja mazās neredzamās daļiņas, kas pazīstamas kā atomi, kas pārvietojās tukšas telpas vidū un ar dažādiem izvietojumiem. tie izraisīja dažādus fiziskos stāvokļus.

Atšķirībā no tā, ka izcilajam filozofam, vārdā Aristotelis, šis cilvēks noraidīja teoriju par tukšumu un, lai attaisnotu savu pārliecību un katru no parādībām, ko paša Aristoteļa fizika nevarēja izskaidrot, viņš citēja labi zināmu teicienu, kurā teikts sekojošais:

“Daba jūt šausmas tukšumā”

Tā kļuva par teoriju, kas kļuva pilnībā dominējoša viduslaikos un ilga līdz spiediena atklāšanai. Šāda veida "šausmu vacui" jēdzienu plaši izmantoja pat pats Galilejs XNUMX. gadsimta sākumā, kad viņš nespēja izskaidrot katram no saviem mācekļiem vienkāršo faktu, ka caurulē, kas bija slēgta, ir sava veida ūdens stabs. tā gals neatdalās, ja caurule ir apgriezusies otrādi, kamēr brīvais gals ir iegremdēts ūdenī.

Taču šis cilvēks spēja visiem saviem mācekļiem mācīt par savām bažām par to, ka viņam ir izskaidrojums iepriekšējam faktam un visam, kas ar to saistīts, it īpaši, kāpēc iesūkšanas sūkņi - lāpstiņriteņi, kas ir Alehandrino izgudrotais hidrauliskais orgāns Ktesibijs, kurš bija Arhimēda laikabiedrs, viņi nevarēja panākt, lai ūdens no akām paceltos līdz 10 metru augstumam.

Vakuuma tehnoloģiju atklājumu hronoloģija

Ievērosim hronoloģiju visiem atklājumiem, kas veikti par Void tehnoloģiju, sākot no 1643. gada līdz 1953. gadam, lai gan tikai daži no tiem tiks minēti, lai šis saraksts netiktu pārāk paplašināts, jo runa ir par aptuveni 40 notikumiem:

Pirmais

• Autors: Evangelista Toričelli
• Gads: 1643
• Darbs vai atklājums: Vakuums 760 mm dzīvsudraba kolonnā

Otrais

• Autors: Blēzs Paskāls
• Gads: 1650
• Darbs vai atklājums: Dzīvsudraba kolonnas variācija ar augstumu

Tercero

• Autors: Oto fon Gēriks
• Gads: 1654
• Darbs vai atklājums: Virzuļa vakuumsūkņi. Magdeburgas puslode

Ceturtkārt

• Autors: Roberts Boils
• Gads: 1662
• Darbs vai atklājums: Ideālu gāzu spiediena un tilpuma likums

Kvinto

• Autors: Edme Mariote
• Gads: 1679
• Darbs vai atklājums: Ideālu gāzu spiediena un tilpuma likums

Sestais

• Autors: Antuāns Lavoisjērs
• Gads: 1775
• Darbs vai atklājums: Gaiss sastāv no O2 un N2 maisījuma

Septītais

• Autors: Daniels Bernulli
• Gads: 1783
• Darbs vai atklājums: Gāzu kinētiskā teorija

Astotais

• Autors: Žaks Čārlzs-J. Gejs-Lussaks
• Gads: 1802
• Darbs vai atklājums: Čārlza un Geja-Lusaka likums, ideālo gāzu tilpuma-temperatūras likums

Devītā

• Autors: Viljams Henrijs

• Gads: 1803

• Darbs vai atklājums: Henrija likums, kas nosaka, ka nemainīgā temperatūrā šķidrumā atšķaidītās gāzes daudzums ir tieši proporcionāls daļējam spiedienam, ko gāze iedarbojas uz minēto šķidrumu.

Desmitā

• Autors: Medhērsta
• Gads: 1810
• Darbs vai atklājums: Ierosina pirmo pneimatisko vakuuma līniju starp pasta nodaļām.

Vienpadsmitais

• Autors: Viljams Kūdžs
• Gads: 1915
• Darbs vai atklājums: rentgena caurule

Divpadsmitais

• Autors: Volfgangs Geids
• Gads: 1915
• Darbs vai atklājums: Dzīvsudraba difuzora sūknis.

Trīspadsmitais

• Autors: Ērvings Lengmuirs
• Gads: 1915
• Darbs vai atklājums: Kvēlspuldze, kas pildīta ar inertu gāzi.

Četrpadsmitais

• Autors: Ērvings Lengmuirs
• Gads: 1916
• Darbs vai atklājums: Dzīvsudraba kondensāta difuzora sūknis

Piecpadsmitais

• Autors: Olivers Elsvorts Baklijs
• Gads: 1916
• Darbs vai atklājums: Karstā katoda jonizācijas mērītājs

Sešpadsmitais

• Autors: Holveks
• Gads: 1923
• Darbs vai atklājums: molekulārā bumba

Septiņpadsmitais

• Autors: Gaede
• Gads: 1935
• Darbs vai atklājums: Gāze – balasts rotācijas sūkņos

Astoņpadsmitais

• Autors: M. Penings
• Gads: 1937
• Darbs vai atklājums: Aukstā katoda jonizācijas vakuuma mērītājs

Deviņpadsmitais

• Autors: Kenets Hikmens
• Gads: 1936
• Darbs vai atklājums: Eļļas difuzora sūknis.

Divpadsmitais

• Autors: J. Švarcs, R. G. Herbs
• Gads: 1953
• Darbs vai atklājums: jonu bumbas.

Kā jau minējām iepriekš, šis īsais saraksts ir tikai daļa no vakuuma sistēmas atklājumu hronoloģijas.

Vakuuma pielietojumi

Dažādos laikos mūsdienu lielajās laboratorijās gadās, ka noteikta veida konteiners, kas ir pilns ar gāzi, ir nekavējoties jāiztukšo. Evakuācijai ir jākļūst par primāro soli jaunas gāzveida vides radīšanā.

Destilācijas procesa laikā minētā gāze ir bieži jāizņem, kamēr notiek iztukšošanas process. Dažos gadījumos ir nepieciešams iztukšot visu konteineru, lai nepieļautu, ka viens un tas pats gaiss piesārņo noteiktu virsmas daļu, kas ir tīra, vai neiejaucas kādā ķīmiskā reakcijā.

Atomu daļiņas ir jāpārvalda vakuumā, lai novērstu "Momentuma" zudumu sadursmēs starp tā un gaisa molekulām. Lielu starojuma daudzumu parasti absorbē pats gaiss, un vakuumā to var izkliedēt tikai garos posmos.

Vakuuma sistēmas veids sastāv no laboratorijas instrumentu fundamentālās daļas, tostarp masas spektrometra un arī elektronu mikroskopiem. Vakuuma dehidratācijai bieži tiek izmantota vienkāršā vakuuma sistēma, kā arī vakuuma sasaldēšanai.

Citi ļoti sarežģīti un liela mēroga instrumenti vai iekārtas, kurām nepieciešama vakuuma sistēma, ir kodoltermiskās ierīces un arī kodoldaļiņu paātrinātāji. Lielu modernu rūpniecisko procesu gadījumā viens no visievērojamākajiem ir pusvadītāju radīšana, kam patiešām ir nepieciešama vide, kas tiek rūpīgi un smalki kontrolēta vakuumā.

Vakuuma sistēmas

Visu tā dēvētajā vakuuma sistēmā iegūto gāzu intensitāte un struktūra parasti būtiski atšķiras atkarībā no tās vēstures un konstrukcijas. Dažiem lietojumiem neliels rupjš izplūdes gāzu daudzums, kas satur miljoniem un miljoniem molekulu uz cm³ Tas ir nedaudz pieļaujams.

Kaut kas, kas kopš seniem laikiem ir bijis ļoti strīdīgs, ir kļuvis par teoriju Visuma izcelsme par ko daudz diskutējuši lielie cilvēces vēstures filozofi.

Daudzos citos gadījumos tikai daži tūkstoši molekulu uz cm³ ar tiem pietiek, lai radītu atbilstošu vakuumu. Gadījumos, kad spiediens ir zemāks par atmosfēru, tos klasificē šādi:

Pirmais — tukšais diapazons: Vides spiediens

• Spiediens hPa (mbar): 013
• Spiediens mmHg (Torr): 8
• Molekulas/cm³: 7 × 10¹⁹
• Molekulas/cm³: 7 × 10²⁵
• Vidējais brīvais ceļš: 68 nm¹​

Otrais — tukšais diapazons: zems vakuums

• Spiediens hPa (mbar): 300 - 1
• Spiediens mmHg (Torr): 225 - 7.501 × 10^-1
• Molekulas/cm³: 10¹⁹- 10¹⁶
• Molekulas/cm³: 10²⁵- 10²²
• Vidējais brīvais ceļš: 1 - 100 Μm

Trešais — tukšais diapazons: Pustukša

• Spiediens hPa (mbar): 1 - 10^-3
• Spiediens mmHg (Torr): 501 × 10^-1- 7.501 × 10^-4
• Molekulas/cm³: 10¹⁶- 10¹³
• Molekulas/cm³: 10²²- 10¹⁹
• Vidējais brīvais ceļš: 1-100 mm

Ceturtais — tukšais diapazons: Augsts vakuums

• Spiediens hPa (mbar): 10^-3- 10^-7
• Spiediens mmHg (Torr): 501 × 10^-4- 7.501 × 10^-8
• Molekulas/cm³: 10¹³- 10⁹
• Molekulas/cm³: 10¹⁹- 10¹⁵
• Vidējais brīvais ceļš: 10cm - 1km

Piektais — tukšais diapazons: Īpaši augsts vakuums

• Spiediens hPa (mbar): 10^-7- 10^-12
• Spiediens mmHg (Torr): 501 × 10^-8- 7.501 × 10^-13
• Molekulas/cm³: 10⁹- 10⁴
• Molekulas/cm³: 10¹⁵- 10¹⁰
• Vidējais brīvais ceļš: 1 km - 10⁵km

Sestais — tukšais diapazons: Īpaši augsts tukšums

• Spiediens hPa (mbar): ^-12
• Spiediens mmHg (Torr): <7.501 × 10^-13
• Molekulas/cm³: ⁴
• Molekulas/cm³: ¹⁰
• Vidējais brīvais ceļš: > 10⁵km

Gāzes struktūra vakuuma sistēmā tiek mainīta brīdī, kad sistēma tiek atbrīvota, jo vakuumsūkņu efektivitāte gāzēm ir atšķirīga. Pie zemas intensitātes sākas minētā konteinera sieniņu molekulu izvadīšana un tieši tajā brīdī sākas atlikušās gāzes veidošanās.

Pirmkārt, gāzes blīvumu, kas paliek uz sienām, sauc par ūdens tvaiku un oglekļa dioksīdu; ļoti zemā spiedienā, ja konteineri ir izdedzināti, var atrast ūdeņradi.

Lai pabeigtu, iesakām redzēt, ka tas ir a Orbītā un viss, kas saistīts ar šo trajektoriju Visumā.