¿Qué es el Vacío Absoluto? Historia y Más

El Vacío, es considerado como la falta de materia en determinado espacio, lo que podemos traducir a la falta de algo en un lugar. En el siguiente artículo conoceremos todo lo referente sobre que es el Vacío hablando científicamente, los tipos de vacío, sus medidas y mucho más.

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¿Qué es el Vacío?

El Vacío consiste en el abandono de manera completa del material en los elementos, lo que científicamente se conoce como la “Materia” en un espacio o un lugar específico, o incluso hace referencia a la falta de algún tipo de contenido dentro del interior de un recipiente. Ampliamente se le llama igualmente Vacío a lo que es la condición de un área en donde el espesor de las partículas tiende a ser muy por debajo de los niveles, un ejemplo de esto llegaría a ser el Espacio Interestelar.

De la misma manera, ocurre en el caso de un hoyo medio cerrado por donde la Presión del Vacío como también la de los gases del aire suele ser menos que en la atmósfera. El Vacío puede producirse naturalmente o hasta ser generado artificialmente, por lo que es usado en muchas ocasiones para una gran cantidad de cosas como por ejemplo en los siguientes sectores:

  • Tecnológico
  • Automovilístico
  • Farmacéutico
  • Alimentario

Definición del Vacío

De acuerdo con el concepto otorgado por la Sociedad Estadounidense del Vacío o también conocida por sus siglas “AVS” en el año 1958, la expresión se hace referencia a algún espacio lleno con una cantidad de gases a una presión que es totalmente menor que a diferencia de la presión atmosférica, por lo que dicho grado de vacío se aumenta en dependencia directa con la depreciación de lo que es la presión del gas residual.

Esto lo que quiere decir, es que a medida que va disminuyendo la intensidad, mucho más grande va a ser la cantidad del vacío que se adquirirá, lo que les permite a los expertos poder categorizar el grado de vacío y ubicarlo. Cada uno de estos intervalo poseen características propias.

Medición del Vacío

La presión atmosférica es toda aquella que practica la atmósfera o hasta el aire sobre la superficie terrestre. En una temperatura ambiente y a una presión normal atmosférica, 1 m3 de aire es aquel que lleva más o menos 2 x 1.025 de moléculas que se encuentran en movimiento a un promedio de velocidad de unos 1.600 kilómetros por hora (km/h).

Una forma de poder medir lo que es la presión atmosférica es por medio de un barómetro de mercurio; este suele expresar los valores en términos de la elevación de la columna de mercurio de una sección transversal unitaria que consiste de unos 760 mm de longitud. Con esta base, se puede decir que una atmósfera estándar suele ser igual a unos 760 mmHg.

Es usada por conveniencia como una medida de presión a la denominada Unidad Torricelli que posee el símbolo de “Torr”; por lo que se puede definir que:

1 Torr = 1 mmHg

Lo que da que: 1 atm = 760 Torr; por lo cual 1 Torr = 1/760 de una atmósfera estándar, en pocas palabras:

1 Torr = 1,316 x 10 – 3 atm, lo que significa que esta ha sido el resultado final.

Medición de Bajas Presiones

El método que fue desarrollado por Pirani, es el más utilizado y el más frecuente para poder medir las bajas presiones. Este mismo método solo trata en una especie de puente de Wheatstone en donde una fuerza del puente se ubica expuesta al vacío que se va a medir.

La resistencia de ese tipo de elemento sensor va a variar de acuerdo a como cambie la presión, por causa de que a unos vacíos cerca de la presión atmosférica el filamento se encontrará en contacto con muchas más moléculas, lo que va a generar una temperatura baja y al mismo tiempo da como resultado un valor resistivo bajo.

Entre tanto que va a ir mejorando el vacío este tipo de filamento va a encontrar una menor cantidad de moléculas para lograr disipar el calor, lo que resulta un incremento de la temperatura. Esta clase de incremento de la temperatura es lo que va a producir a su vez un incremento del valor resistivo llegando a generar una clase de desequilibrio en el antes mencionado puente de Wheatstone.

Esta clase de inestabilidad es medido con la ayuda de un Microamperímetro. Después se va a quedar el interpolar todos los microamperes que han sido generados por causa del puente de Wheatstone con los valores del propio vacío.

Dichos valores retornan en 1 tabla con la que se procede a dibujar una escala, es aquí en donde por ejemplo en el caso de los vacuómetros CINDELVAC, se va a tener “0” microamperios cuando el denominado sensor se encuentre en un vacío elevado y en “50” microamperios a una presión atmosférica. El contenido de la tabla de respuestas de este llamado puente de Wheatstone de CINDELVAC consiste en lo siguiente:

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

Medidas de Ionización

Estas poseen el mismo tipo de base que las llamadas bombas de ionización, hasta tal manera que las mismas se encuentran siendo consideradas como una clase de consecuencia. Cuando llega el momento de calcular ciertas intensidades del vacío, se usan algunas propuestas que fueron dadas por el reconocido físico Bayard – Alpert quien es el principal responsable de todos aquellos tipos de aparatos que han sido capaces de lograr suministrar con precisión todas aquellas presiones de hasta unos 10–12 Torr.

Sobre la tierra se ejerce muchas clases de fuerzas diferentes, entre ellas se encuentran las Fuerzas Fundamentales de la Naturaleza. El aire que respiramos se encuentra principalmente compuesto por una gran diversidad de gases; entre ellos los que son de gran importancia consisten en el oxígeno y el nitrógeno, sin embargo, generalmente alberga una cantidad de concentración de gases como lo son:

  • Dióxido de Carbono
  • Argón
  • Neón
  • Helio
  • Criptón
  • Xenón
  • Hidrógeno
  • Metano
  • Óxido Nitroso
  • Vapor de Agua.

Aplicaciones de las Técnicas de Vacío

Ahora en esta ocasión se les va a presentar que tipo de aplicaciones técnicas del vacío se realiza dependiendo de la situación física que se presente en el momento:

Primera Situación Física: Baja Presión

  • Objetivo: Se logra obtener una diferencia de presión.
  • Aplicaciones: Se usa para el sostenimiento, la elevación, el transporte en los neumático, los aspiradores, el filtrado, como también el moldeado.

Segunda Situación Física: Baja Densidad Molecular

  • Objetivo: Eliminar los componentes activos de la atmósfera.
  • Aplicaciones: Se utiliza para las Lámparas ya sean estas incandescentes, fluorescentes o tubos eléctricos, en la fusión, la sinterización, el empaquetado, encapsulado y para la detección de fugas.

Tercera Situación Física: Baja Densidad Molecular

  • Objetivo: Extracción del gas ocluido o disuelto.
  • Aplicaciones: Se usa para la desecación, la deshidratación, la concentración, liofilización, desgasificación y la impregnación.

Cuarta Situación Física: Baja Densidad Molecular

  • Objetivo: Disminución de la transferencia de energía.
  • Aplicaciones: Se usa para el aislamiento térmico, el aislamiento eléctrico, la microbalanza de vacío y para la realización de la simulación espacial.

Quinta Situación Física: Gran Recorrido Libre Medio

  • Objetivo: Evitar Choques o Colisiones.
  • Aplicaciones: En este caso se utiliza para:

-Los Tubos Electrónicos – Rayos Catódicos – TV

-Las Fotocélulas – Fotomultiplicadores – los Tubos de Rayos X

-Los Aceleradores de Partículas – Espectrómetros de Masas – Separadores de Isótopos

-Los Microscopios Electrónicos – Las Soldadura por haz de Electrones

-La Metalización (Evaporación, Pulverización Catódica) – La Destilación Molecular

Sexta Situación Física: Tiempo Largo de Formación de una Monocapa

  • Objetivo: Superficies Limpias.
  • Aplicaciones: Estudio de la fricción, adhesión, corrosión de superficies. Prueba de materiales para experiencias espaciales.

Historia

En el transcurso de toda la antigüedad y hasta lo que llegó a ser el renacimiento se excluía lo que era la existencia de la presión atmosférica. No se podía por lo tanto dar una clase de explicación sobre los fenómenos a causa del vacío. En las regiones de Grecia se llegaron a enfrentan por esto mismo unas 2 clases de teorías.

Para Epicuro y todavía aun más sobre todo a Demócrito y a toda su escuela de pensamiento, la materia no consistía del todo continuo, sino que más bien se encontraba preparada por las partículas pequeñas invisibles que son conocidos como los átomos que se trasladaban en medio de un espacio vacío y que con los diferentes ordenamientos estos provocaban los diversos estados físicos.

A diferencia, que para el gran filósofo llamado Aristóteles, este hombre rechazaba la teoría sobre el vacío y para poder justificar su creencia y a cada uno de los fenómenos que la misma física de Aristóteles no lograba explicar, este citaba un refrán conocido el cual dice lo siguiente:

“La Naturaleza siente horror al vacío”

Esta llegó a ser una teoría que resultó ser plenamente dominante en el transcurso de la Edad Media y que duró hasta el descubrimiento de la presión. Esta clase de concepto de “horror vacui” llegó a ser en gran manera usado hasta incluso por el mismísimo Galileo a inicios del siglo XVII al no lograr explicar ante cada uno de sus discípulos el simple hecho de que una especie de columna de agua dentro de un tubo que estaba cerrado por su extremo no se desprenda, si el tubo ha llegado a ser invertido estando el mismo sumergido en el extremo libre dentro de agua.

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No obstante, este hombre pudo enseñarles a todos sus discípulos sobre su inquietud por tener una explicación del hecho anterior y todo lo que se encuentra relacionado a él, sobre todo el por qué las bombas de aspirantes – impelentes que es el órgano hidráulico que llegó a ser inventado por Alejandrino Ctesibio, el cual era contemporáneo de Arquímedes no podían lograr hacer que el agua subiera de los pozos a una altura que pasara de los 10 metros de altura.

Cronología de Descubrimientos sobre la Tecnología de Vacío

Observemos una cronología de todos los descubrimientos que han sido realizados sobre la tecnología de Vacío comenzando desde el año 1643 hasta el año 1953, aunque solo se mencionaran algunos de ellos para no extender demasiado sobre esta lista ya que se trata de 40 eventos:

Primero

  • Autor: Evangelista Torricelli
  • Año: 1643
  • Trabajo o Descubrimiento: El vacío en la columna de 760 mm de mercurio

Segundo

  • Autor: Blaise Pascal
  • Año: 1650
  • Trabajo o Descubrimiento: Variación de la columna de mercurio con la altura

Tercero

  • Autor: Otto von Guericke
  • Año: 1654
  • Trabajo o Descubrimiento: Bombas de vacío de pistón. Hemisferio de Magdeburgo

Cuarto

  • Autor: Robert Boyle
  • Año: 1662
  • Trabajo o Descubrimiento: Ley presión – volumen de los gases ideales

Quinto

  • Autor: Edme Mariotte
  • Año: 1679
  • Trabajo o Descubrimiento: Ley presión – volumen de los gases ideales

Sexto

  • Autor: Antoine Lavoisier
  • Año: 1775
  • Trabajo o Descubrimiento: El aire formado por una mezcla de O2 y N2

Séptimo

  • Autor: Daniel Bernouilli
  • Año: 1783
  • Trabajo o Descubrimiento: Teoría cinética de los gases

Octavo

  • Autor: Jacques Charles-J. Gay Lussac
  • Año: 1802
  • Trabajo o Descubrimiento: Ley de Charles y Gay-Lussac, ley volumen-temperatura de los gases ideales

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Noveno

  • Autor: William Henry
  • Año: 1803
  • Trabajo o Descubrimiento: Ley de Henry, la cual se trata de que a una temperatura invariable, la cantidad de gas diluida en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial que practica ese gas sobre dicho líquido.

Décimo

  • Autor: Medhurst
  • Año: 1810
  • Trabajo o Descubrimiento: Propone la primera línea neumática de vacío entre oficinas de correos.

Undécimo

  • Autor: William Coolidge
  • Año: 1915
  • Trabajo o Descubrimiento: Tubo de rayos X

Décimo Segundo

  • Autor: Wolfgang Gaede
  • Año: 1915
  • Trabajo o Descubrimiento: Bomba difusora de mercurio.

Décimo Tercero

  • Autor: Irving Langmuir
  • Año: 1915
  • Trabajo o Descubrimiento: Lámpara incandescente llena de gas inerte.

Décimo Cuarto

  • Autor: Irving Langmuir
  • Año: 1916
  • Trabajo o Descubrimiento: Bomba difusora de condensación de mercurio

Décimo Quinto

  • Autor: Oliver Ellsworth Buckley
  • Año: 1916
  • Trabajo o Descubrimiento: Galga de ionización de cátodo caliente

Décimo Sexto

  • Autor: Holweck
  • Año: 1923
  • Trabajo o Descubrimiento: Bomba molecular

Décimo Séptimo

  • Autor: Gaede
  • Año: 1935
  • Trabajo o Descubrimiento: El gas – ballast en las bombas rotativas

Décimo Octavo

  • Autor: M. Penning
  • Año: 1937
  • Trabajo o Descubrimiento: Vacuómetro de ionización de cátodo frío

Décimo Noveno

  • Autor: Kenneth Hickman
  • Año: 1936
  • Trabajo o Descubrimiento: Bomba difusora de aceite.

Décimo Segundo

  • Autor: J. Schwarz, R. G. Herb
  • Año: 1953
  • Trabajo o Descubrimiento: Bombas iónicas.

Como ya lo mencionamos anteriormente este pequeño listado solo es una parte de la cronología de los descubrimientos del sistema de vacío.

Aplicaciones del Vacío

En diversos momentos, en los grandes laboratorios de la actualidad, ocurre que cierto tipo de contenedor que se encuentre lleno de gas tiene que ser inmediatamente vaciado. La evacuación tiene que llegar a ser el paso primordial para lograr crear un ambiente gaseoso nuevo.

En el transcurso del proceso de la destilación, se tiene que remover de forma frecuente dicho gas entre tanto que se va haciendo el proceso de vaciado. En ciertas ocasiones es requerido que se tenga que vaciar todo el contenedor con el fin de evitar que el mismo aire llegue a contaminar cierta parte de la superficie que está limpia o que este vaya a interferir con alguna clase de reacción química.

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Las partículas atómicas tienen que llegar a ser manejadas al vacío con el propósito de prevenir lo que es la pérdida del “Momentum” por medio de los choques entre este y las moléculas del aire. Una gran cantidad de radiación suele ser absorbida por el mismo aire y únicamente pueden ser dispersadas sobre extensos trechos en el vacío.

Un tipo de sistema de vacío consiste en una parte fundamental para lo que son los instrumentos de laboratorio, entre ellos el Espectómetro de Masa y también se encuentran los Microscopios Electrónicos. Para la deshidratación al vacío es frecuentemente usado el Sistema de Vacío Simple al igual que para el helamiento al vacío.

Otros instrumentos o maquinarias que necesitan del Sistema de Vacío altamente sofisticados y de grandes proporciones son los Dispositivos Termonucleares y también los Aceleradores de Partículas Nucleares. En el caso de los grandes procesos modernos de las industrias, entre los más destacados se encuentra la creación de los semiconductores, los cuáles verdaderamente necesitan de un ambiente que esté plenamente controlado al vacío de forma cuidadosa y delicada.

Sistemas de Vacío

Tanto la intensidad como la estructura de todos los gases resultantes dentro de un llamado Sistema de Vacío suele variar de acuerdo a su historia y diseño de manera importante. Para ciertas aplicaciones una pequeña cantidad gruesa de gas residual que contenga millones y millones de moléculas por cm3 es algo parcialmente tolerable.

Algo que ha sido de mucha controversia desde tiempos antiguos ha llegado a ser la Teoría del Origen del Universo la cual ha sido muy debatida por los grandes filósofos de la Historia de la Humanidad.

En muchas otras ocasiones, tan solo unas cuantas cantidades de miles de moléculas por cm3 son las que bastan para crear un vacío adecuado. Para los casos de la presencia de presiones que se encuentren por debajo de la atmósfera estas son clasificadas de la siguiente manera:

El Primero – Rango de Vacío: Presión Ambiental

  • Presión en hPa (mbar): 013
  • Presión en mmHg (Torr): 8
  • Moléculas / cm3: 7 × 1019
  • Moléculas / cm3: 7 × 1025
  • Camino Libre Medio: 68 nm1

El Segundo – Rango de Vacío: Bajo Vacío

  • Presión en hPa (mbar): 300 – 1
  • Presión en mmHg (Torr): 225 – 7.501×10−1
  • Moléculas / cm3: 1019– 1016
  • Moléculas / cm3: 1025– 1022
  • Camino Libre Medio: 1 – 100 μm

El Tercero – Rango de Vacío: Medio Vacío

  • Presión en hPa (mbar): 1 – 10−3
  • Presión en mmHg (Torr): 501×10−1– 7.501×10−4
  • Moléculas / cm3: 1016– 1013
  • Moléculas / cm3: 1022– 1019
  • Camino Libre Medio: 1 – 100 mm

El Cuarto – Rango de Vacío: Alto Vacío

  • Presión en hPa (mbar): 10−3– 10−7
  • Presión en mmHg (Torr): 501×10−4– 7.501×10−8
  • Moléculas / cm3: 1013– 109
  • Moléculas / cm3: 1019– 1015
  • Camino Libre Medio: 10 cm – 1 km

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El Quinto – Rango de Vacío: Ultra Alto Vacío

  • Presión en hPa (mbar): 10−7– 10−12
  • Presión en mmHg (Torr): 501×10−8– 7.501×10−13
  • Moléculas / cm3: 109– 104
  • Moléculas / cm3: 1015– 1010
  • Camino Libre Medio: 1 km – 105km

El Sexto – Rango de Vacío: Vacío Extremadamente Alto

  • Presión en hPa (mbar): <10−12
  • Presión en mmHg (Torr): <7.501×10−13
  • Moléculas / cm3: <104
  • Moléculas / cm3: <1010
  • Camino Libre Medio: >105km

La estructura del gas dentro de un sistema de vacío es alterada en el momento en que dicho sistema suelta a causa de que la eficiencia de las bombas de vacío es diferente para los gases. En unas intensidades bajas las moléculas de los muros de dicho contenedor empiezan a ser expulsadas y en ese mismo instante inicia la conformación del gas residual.

Primordialmente, la densidad del gas que queda en las paredes es denominado vapor de agua y de dióxido de carbono; a presiones muy bajas, en el caso de los contenedores que han llagado a ser horneados, su puede encontrar el hidrógeno.

Para finalizar le recomendamos ver que es una Órbita y todo lo relacionado con esta trayectoria en el universo.


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