Čo je Absolútna prázdnota? História a ďalšie

El vacío, sa považuje za nedostatok hmoty v určitom priestore, čo môžeme preložiť ako nedostatok niečoho na mieste. V nasledujúcom článku sa dozvieme všetko o tom, čo je prázdnota vedecky povedané, typy vákua, ich merania a mnoho ďalšieho.

Čo je prázdnota?

Prázdnota pozostáva z úplného opustenia materiálu v prvkoch, čo je vedecky známe ako „hmota“ v konkrétnom priestore alebo mieste, alebo dokonca odkazuje na nedostatok nejakého typu obsahu vo vnútri nádoby. Je tiež široko nazývaný vákuum, čo je stav oblasti, kde hrúbka častíc má tendenciu byť hlboko pod úrovňou, príkladom by sa mohol stať medzihviezdny priestor.

Rovnakým spôsobom sa vyskytuje v prípade polouzavretého otvoru, kde sa vákuový tlak ako aj plynov vo vzduchu je zvyčajne menej ako v atmosfére. Prázdnota môže nastať prirodzene alebo môže byť dokonca vytvorená umelo, takže sa používa pri mnohých príležitostiach na veľké množstvo vecí, ako napríklad v nasledujúcich sektoroch:

• technologický
• Motorizmus
• lekárnik
• Jedlo

Definícia prázdnoty

Podľa koncepcie udelenej Americkou vákuovou spoločnosťou alebo tiež známej pod skratkou „AVS“ v roku 1958 sa tento výraz vzťahuje na nejaký priestor vyplnený množstvom plynov s tlakom, ktorý je úplne nižší ako tlak atmosférický, takže že uvedený stupeň vákua sa zvyšuje v priamej závislosti od znehodnotenia, aký je tlak zvyškového plynu.

To znamená, že keď intenzita klesá, množstvo vákua, ktoré sa získa, bude oveľa väčšie, čo umožňuje odborníkom kategorizovať stupeň vákua a lokalizovať ho. Každý z týchto rozsahov má svoje vlastné charakteristiky.

Meranie vákua

Atmosférický tlak je všetko, čo praktizuje atmosféru alebo dokonca vzduch na zemskom povrchu. Pri izbovej teplote a normálnom atmosférickom tlaku 1 m³ Vzduch je taký, ktorý nesie viac-menej 2 x 1.025 1.600 molekúl, ktoré sú v pohybe priemernou rýchlosťou asi XNUMX XNUMX kilometrov za hodinu (km/h).

Jedným zo spôsobov merania atmosférického tlaku je ortuťový barometer; zvyčajne vyjadruje hodnoty v nadmorskej výške ortuťového stĺpca jednotkového prierezu s dĺžkou asi 760 mm. Na základe toho možno povedať, že štandardná atmosféra sa zvyčajne rovná asi 760 mmHg.

Používa sa pre pohodlie ako meranie tlaku na takzvanej Torricelliho jednotke, ktorá má symbol „Torr“; takže možno definovať, že:

1 Torr = 1 mmHg

Čo dáva, že: 1 atm = 760 Torr; takže 1 Torr = 1/760 štandardnej atmosféry, v skratke:

1 Torr = 1,316 10 x 3 – XNUMX atm, čo znamená, že toto je konečný výsledok.

Meranie nízkeho tlaku

Metóda vyvinutá spoločnosťou Pirani je najpoužívanejšou a najbežnejšou na meranie nízkych tlakov. Táto istá metóda sa zaoberá iba druhom Wheatstoneovho mostíka, kde je sila mosta vystavená meranému vákuu.

Odpor tohto typu senzorového prvku sa bude meniť podľa toho, ako sa zmení tlak, pretože pri vákuu blízkom atmosférickému tlaku bude vlákno v kontakte s oveľa väčším množstvom molekúl, čo bude generovať nízku teplotu a zároveň bude mať za následok nízku odporová hodnota.

Zatiaľ čo sa vákuum zlepší, tento typ vlákna nájde menší počet molekúl na rozptýlenie tepla, čo vedie k zvýšeniu teploty. Tento druh zvýšenia teploty je to, čo zase spôsobí zvýšenie hodnoty odporu, čo spôsobí určitú nerovnováhu vo vyššie uvedenom Wheatstoneovom mostíku.

Tento druh nestability sa meria pomocou mikroampérmetra. Potom bude interpolovať všetky mikroampéry, ktoré vznikli vďaka Wheatstoneovmu mostu, s hodnotami samotného vákua.

Tieto hodnoty sa vracajú v 1 tabuľke, s ktorou je nakreslená stupnica, tu bude napríklad v prípade vákuomerov CINDELVAC "0" mikroampérov, keď je snímač vo vysokom vákuu a vo "50" mikroampérov pri atmosférickom tlaku. Obsah tabuľky odozvy tohto takzvaného CINDELVAC Wheatstoneovho mostíka pozostáva z:

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

Ionizačné merania

Tieto majú rovnaký typ základne ako takzvané ionizačné bomby, a to do takej miery, že sa o nich uvažuje ako o istom dôsledku. Keď príde čas na výpočet určitých intenzít vákua, používajú sa niektoré návrhy, ktoré dal renomovaný fyzik Bayard-Alpert, ktorý je hlavnou osobou zodpovednou za všetky tie typy zariadení, ktoré boli schopné presne dodať všetky tie tlaky až do cca. 10 – 12 torr.

Na Zemi pôsobí mnoho rôznych druhov síl, medzi ktoré patria aj Základné prírodné sily. Vzduch, ktorý dýchame, sa skladá hlavne z veľkého množstva plynov; medzi nimi tie, ktoré sú veľmi dôležité, pozostávajú z kyslíka a dusíka, ale vo všeobecnosti sa v nich nachádza množstvo koncentrácií plynov, ako napríklad:

• Oxid uhličitý
• argón
• neon
• hélium
• Krypton
• xenón
• vodík
• metán
• Oxid dusný
• Vodná para.

Aplikácie vákuových techník

Teraz vám pri tejto príležitosti predstavíme, aké technické aplikácie vákua sa vykonávajú v závislosti od fyzickej situácie, ktorá je v danom čase prítomná:

Prvá fyzická situácia: Nízky tlak

• Objetivo: Dosiahne sa tlakový rozdiel.

• aplikácie: Používa sa na podopretie, zdvíhanie, prepravu v pneumatikách, vysávačoch, filtrovanie, ako aj lisovanie.

Druhá fyzická situácia: Nízka molekulová hustota

• Objetivo: Odstráňte aktívne zložky z atmosféry.

• aplikácie: Používa sa pre žiarovky, či už sú to žiarovky, žiarivky alebo elektrické trubice, pri tavení, spekaní, balení, zapuzdrení a na detekciu netesností.

Tretia fyzická situácia: Nízka molekulová hustota

• Objetivo: Extrakcia okludovaného alebo rozpusteného plynu.

• aplikácie: Používa sa na sušenie, dehydratáciu, zahusťovanie, lyofilizáciu, odplyňovanie a impregnáciu.

Štvrtá fyzická situácia: Nízka molekulová hustota

• Objetivo: Znížený prenos energie.

• aplikácie: Používa sa na tepelnú izoláciu, elektrickú izoláciu, vákuovú mikrováhu a simuláciu priestoru.

Piata fyzická situácia: Skvelý stredný bezplatný kurz

• Objetivo: Vyhnite sa nehodám alebo kolíziám.

• aplikácie: V tomto prípade sa používa na:

-Elektronické elektrónky – katódové lúče – TV

-Fotobunky – Fotonásobiče – Röntgenové trubice

-urýchľovače častíc – hmotnostné spektrometre – izotopové separátory

-Elektronické mikroskopy – zváranie elektrónovým lúčom

-Metalizácia (odparovanie, katódové naprašovanie) – Molekulárna destilácia

Šiesta fyzická situácia: Dlhá doba tvorby jednovrstvovej vrstvy

• Objetivo: Vyčistite povrchy.

• aplikácie: Štúdium trenia, adhézie, povrchovej korózie. Testovanie materiálov pre priestorové zážitky.

História

Počas antiky a až do obdobia renesancie bola existencia atmosférického tlaku vylúčená. Preto nebolo možné poskytnúť nejaké vysvetlenie o javoch kvôli vákuu. V regiónoch Grécka sa práve z tohto dôvodu dostali do konfliktu asi 2 druhy teórií.

Pre Epikura a ešte viac pre Démokrita a jeho celý myšlienkový smer nepozostávala hmota výlučne z kontinuity, ale skôr bola pripravená malými neviditeľnými časticami známymi ako atómy, ktoré sa pohybovali uprostred prázdneho priestoru a ktoré mali rôzne usporiadania. tieto spôsobili rôzne fyzikálne stavy.

Na rozdiel od toho, že pre veľkého filozofa menom Aristoteles tento muž odmietol teóriu o prázdnote a aby ospravedlnil svoju vieru a každý z javov, ktoré Aristotelova fyzika nedokázala vysvetliť, citoval známy výrok, ktorý hovorí nasledovné:

"Príroda je zdesená prázdnotou"

To sa stalo teóriou, ktorá sa stala plne dominantnou v priebehu stredoveku a pretrvala až do objavenia tlaku. Tento druh pojmu „horror vacui“ začal vo veľkej miere používať aj samotný Galileo na začiatku XNUMX. storočia, keď nebol schopný vysvetliť každému zo svojich učeníkov jednoduchý fakt, že akýsi stĺpec vody v uzavretej trubici na svojom konci sa nevysunie, ak sa trubica prevrátila, zatiaľ čo jej voľný koniec je ponorený vo vode.

Tento muž však dokázal poučiť všetkých svojich učeníkov o svojej starostlivosti o vysvetlenie predchádzajúcej skutočnosti a všetkého, čo s tým súvisí, najmä prečo sacie čerpadlá - obežné kolesá, čo je hydraulický orgán, ktorý prišiel do Beingu, vynašiel Alejandrino Ktesibia, ktorý bol súčasníkom Archimeda, nedokázali prinútiť vodu vystúpiť zo studní do výšky, ktorá presahovala 10 metrov.

Chronológia objavov o vákuovej technológii

Pozrime sa na chronológiu všetkých objavov, ktoré boli urobené o technológii Void od roku 1643 do roku 1953, aj keď budú spomenuté len niektoré z nich, aby sa tento zoznam príliš nerozširoval, keďže ide o približne 40 udalostí:

Primero

• Autor: Evangelista Torricelli
• Rok: 1643
• Práca alebo objav: Vákuum v stĺpci 760 mm ortuti

Druhý

• Autor: Blaise Pascal
• Rok: 1650
• Práca alebo objav: Variácia ortuťového stĺpca s výškou

tretina

• Autor: Otto von Guericke
• Rok: 1654
• Práca alebo objav: Piestové vývevy. magdeburská pologuľa

Po štvrté

• Autor: Robert Boyle
• Rok: 1662
• Práca alebo objav: Tlakovo-objemový zákon ideálnych plynov

piaty

• Autor: Edme Mariotte
• Rok: 1679
• Práca alebo objav: Tlakovo-objemový zákon ideálnych plynov

Šiesty

• Autor: Antoine Lavoisier
• Rok: 1775
• Práca alebo objav: Vzduch tvorený zmesou O2 a N2

siedmy

• Autor: Daniel Bernoulli
• Rok: 1783
• Práca alebo objav: Kinetická teória plynov

ôsmy

• Autor: Jacques Charles-J. Gay-Lussac
• Rok: 1802
• Práca alebo objav: Charlesov a Gay-Lussacov zákon, objemovo-teplotný zákon ideálnych plynov

Nineth

• Autor: william henry

• Rok: 1803

• Práca alebo objav: Henryho zákon, ktorý hovorí, že pri nemennej teplote je množstvo plynu zriedeného v kvapaline priamo úmerné parciálnemu tlaku, ktorým plyn pôsobí na kvapalinu.

desiaty

• Autor: medhurst
• Rok: 1810
• Práca alebo objav: Navrhuje prvé pneumatické vákuové vedenie medzi poštovými úradmi.

Jedenásty

• Autor: William Coolidge
• Rok: 1915
• Práca alebo objav: röntgenová trubica

dvanásty

• Autor: Wolfgang Gaede
• Rok: 1915
• Práca alebo objav: Ortuťové difúzne čerpadlo.

Trinásty

• Autor: irving langmuir
• Rok: 1915
• Práca alebo objav: Žiarovka naplnená inertným plynom.

štrnásty

• Autor: irving langmuir
• Rok: 1916
• Práca alebo objav: Difúzne čerpadlo ortuťového kondenzátu

Pätnásty

• Autor: Oliver Ellsworth Buckley
• Rok: 1916
• Práca alebo objav: Ionizačný merač s horúcou katódou

Šestnásty

• Autor: Holweck
• Rok: 1923
• Práca alebo objav: molekulárna bomba

Sedemnásty

• Autor: Gaede
• Rok: 1935
• Práca alebo objav: Plyn – balast v rotačných čerpadlách

Osemnásty

• Autor: M Penning
• Rok: 1937
• Práca alebo objav: Ionizačný vákuový merač so studenou katódou

Devätnásty

• Autor: Kenneth Hickmann
• Rok: 1936
• Práca alebo objav: Olejové difúzne čerpadlo.

dvanásty

• Autor: J. Schwarz, R. G. Herb
• Rok: 1953
• Práca alebo objav: iónové bomby.

Ako sme už spomenuli, tento krátky zoznam je len časťou chronológie objavov vákuového systému.

Vákuové aplikácie

V rôznych časoch sa v dnešných veľkých laboratóriách stáva, že určitý typ nádoby, ktorá je plná plynu, treba okamžite vyprázdniť. Evakuácia sa musí stať primárnym krokom pri vytváraní nového plynného prostredia.

V priebehu destilačného procesu musí byť uvedený plyn často odstraňovaný, zatiaľ čo prebieha proces vyprázdňovania. Pri určitých príležitostiach sa vyžaduje vyprázdnenie celého kontajnera, aby sa zabránilo tomu, že ten istý vzduch kontaminuje určitú časť povrchu, ktorá je čistá, alebo že nebude rušiť nejaký druh chemickej reakcie.

S atómovými časticami sa musí manipulovať vo vákuu, aby sa predišlo strate „hybnosti“ zrážkami medzi nimi a molekulami vzduchu. Veľké množstvo žiarenia je zvyčajne absorbované samotným vzduchom a môže byť rozptýlené iba na dlhé úseky vo vákuu.

Typ vákuového systému pozostáva zo základnej časti pre laboratórne prístroje, medzi ktoré patrí hmotnostný spektrometer a tiež elektrónové mikroskopy. Na vákuovú dehydratáciu sa často používa systém Simple Vacuum System, ako aj na vákuové mrazenie.

Ďalšími vysoko sofistikovanými a rozsiahlymi prístrojmi alebo strojmi, ktoré vyžadujú vákuový systém, sú termonukleárne zariadenia a tiež urýchľovače jadrových častíc. V prípade veľkých moderných priemyselných procesov patrí medzi najvýznamnejšie vytváranie polovodičov, ktoré skutočne vyžadujú prostredie, ktoré je plne kontrolované vo vákuu starostlivým a jemným spôsobom.

Vákuové systémy

Intenzita a štruktúra všetkých výsledných plynov v rámci takzvaného vákuového systému sa zvyčajne dôležitým spôsobom mení podľa jeho histórie a dizajnu. Pre určité aplikácie malé hrubé množstvo odpadového plynu obsahujúce milióny a milióny molekúl na cm³ Je to trochu tolerovateľné.

Niečo, čo bolo od staroveku veľmi kontroverzné, sa stalo teóriou Pôvod vesmíru o ktorom veľa diskutovali veľkí filozofi dejín ľudstva.

Pri mnohých iných príležitostiach len niekoľko tisíc molekúl na cm³ stačia na vytvorenie primeraného podtlaku. Pre prípady prítomnosti tlakov, ktoré sú pod atmosférou, sú tieto klasifikované takto:

Prvý – prázdny rozsah: Environmentálny tlak

• Tlak v hPa (mbar): 013
• Tlak v mmHg (Torr): 8
• Molekuly/cm³: 7 × 10¹⁹
• Molekuly/cm³: 7 × 10²⁵
• Priemerná voľná cesta: 68 nm¹​

Druhý – prázdny rozsah: nízke vákuum

• Tlak v hPa (mbar): 300 - 1
• Tlak v mmHg (Torr): 225 - 7.501 × 10^-1
• Molekuly/cm³: 10¹⁹- 10¹⁶
• Molekuly/cm³: 10²⁵- 10²²
• Priemerná voľná cesta: 1 - 100 um

Tretí – prázdny rozsah: Poloprázdne

• Tlak v hPa (mbar): 1 - 10^-3
• Tlak v mmHg (Torr): 501 × 10^-1- 7.501 × 10^-4
• Molekuly/cm³: 10¹⁶- 10¹³
• Molekuly/cm³: 10²²- 10¹⁹
• Priemerná voľná cesta: 1 – 100 mm

Štvrtý – prázdny rozsah: Vysoké vákuum

• Tlak v hPa (mbar): 10^-3- 10^-7
• Tlak v mmHg (Torr): 501 × 10^-4- 7.501 × 10^-8
• Molekuly/cm³: 10¹³- 10⁹
• Molekuly/cm³: 10¹⁹- 10¹⁵
• Priemerná voľná cesta: 10 cm – 1 km

Piaty – prázdny rozsah: Ultra vysoké vákuum

• Tlak v hPa (mbar): 10^-7- 10^-12
• Tlak v mmHg (Torr): 501 × 10^-8- 7.501 × 10^-13
• Molekuly/cm³: 10⁹- 10⁴
• Molekuly/cm³: 10¹⁵- 10¹⁰
• Priemerná voľná cesta: 1 km – 10⁵km

Šiesty – prázdny rozsah: Extrémne vysoká prázdnota

• Tlak v hPa (mbar): ^-12
• Tlak v mmHg (Torr): <7.501 × 10^-13
• Molekuly/cm³: ⁴
• Molekuly/cm³: ¹⁰
• Priemerná voľná cesta: > 10⁵km

Štruktúra plynu vo vákuovom systéme sa mení v čase, keď sa systém uvoľňuje, pretože účinnosť vákuových čerpadiel je pre plyny iná. Pri nízkych intenzitách sa začnú vypudzovať molekuly stien uvedenej nádoby a práve v tom momente začína tvorba zvyškového plynu.

Primárne sa hustota plynu, ktorý zostáva na stenách, nazýva vodná para a oxid uhličitý; pri veľmi nízkych tlakoch, v prípade nádob, ktoré boli vypálené, možno nájsť vodík.

Na záver vám odporúčame vidieť, že ide o a Orbita a všetko, čo súvisí s touto trajektóriou vo vesmíre.