Volgens die definisie in fisika impliseer die konsep van "vakuum" die afwesigheid van enige stof en elemente van materie in 'n sekere ruimte, in hierdie geval praat mens van 'n absolute vakuum. 'n Gedeeltelike vakuum word waargeneem wanneer die digtheid van die stof op 'n gegewe plek in die ruimte laag is. Kom ons kyk hierdie kwessie van naderby in die artikel.
Vakuum en druk
In die definisie van die begrip "absolute vakuum" praat ons van die digtheid van materie. Uit fisika is dit bekend dat as gasagtige materie in ag geneem word, die digtheid van die stof direk eweredig is aan die druk. Op sy beurt, wanneer 'n mens van 'n gedeeltelike vakuum praat, impliseer 'n mens dat die digtheid van materiedeeltjies in 'n gegewe ruimte minder is as dié vir lug by normale atmosferiese druk. Daarom is die kwessie van vakuum 'n kwessie van druk in die betrokke sisteem.
In fisika is absolute druk 'n hoeveelheid gelyk aan die verhouding van die krag(gemeet in newton (N)), wat loodreg op een of ander oppervlak toegepas word, op die oppervlakte van hierdie oppervlak (gemeet in vierkante meter), dit wil sê, P=F / S, waar P is druk, F is krag, S is oppervlakte. Die eenheid van druk is pascal (Pa), dus 1 [Pa]=1 [N]/ 1 [m2].
Gedeeltelike vakuum
Daar is eksperimenteel vasgestel dat atmosferiese druk 101 325 Pa by 'n temperatuur van 20 °C op die aarde se oppervlak op seevlak is. Hierdie druk word die 1ste atmosfeer (atm.) genoem. Ons kan ongeveer sê dat die druk 1 atm is. gelyk aan 0,1 MPa. Deur die vraag te beantwoord van hoeveel atmosfeer in 1 pascal is, maak ons die ooreenstemmende proporsie op en kry dat 1 Pa=10-5 atm. 'n Gedeeltelike vakuum stem ooreen met enige druk in die ruimte wat oorweeg word wat minder as 1 atm is.
As ons die aangeduide syfers uit die taal van druk vertaal in die taal van die aantal deeltjies, dan moet gesê word dat by 1 atm. 1 m3 lug bevat ongeveer 1025 molekules. Enige afname in die genoemde konsentrasie van molekules lei tot die vorming van 'n gedeeltelike vakuum.
Vakuummeting
Die mees algemene toestel vir die meting van 'n klein vakuum is 'n konvensionele barometer, wat slegs gebruik kan word wanneer die gasdruk 'n paar tientalle persent van atmosferiese druk is.
Om hoër vakuumwaardes te meet, word 'n elektriese stroombaan met 'n Wheatstone-brug gebruik. Die idee van gebruik is om te meetdie weerstand van die waarneemelement, wat afhang van die omringende konsentrasie van molekules in die gas. Hoe groter hierdie konsentrasie, hoe meer molekules tref die waarneemelement, en hoe meer hitte dit na hulle oordra, lei dit tot 'n afname in die temperatuur van die element, wat sy elektriese weerstand beïnvloed. Hierdie toestel kan vakuum meet met druk van 0,001 atm.
Historiese agtergrond
Dit is interessant om daarop te let dat die konsep van "absolute vakuum" heeltemal verwerp is deur bekende antieke Griekse filosowe, soos Aristoteles. Boonop was die bestaan van atmosferiese druk eers aan die begin van die 17de eeu bekend. Eers met die aanbreek van die Nuwe Era is daar begin om eksperimente uit te voer met buise gevul met water en kwik, wat gewys het dat die aarde se atmosfeer druk op alle omliggende liggame uitoefen. Blaise Pascal kon veral in 1648 druk meet met behulp van 'n kwikbarometer op 'n hoogte van 1000 meter bo seespieël. Die gemete waarde blyk baie laer te wees as op seevlak, dus het die wetenskaplike die bestaan van atmosferiese druk bewys.
Die eerste eksperiment wat die krag van atmosferiese druk duidelik gedemonstreer het en ook die konsep van vakuum beklemtoon het, is in 1654 in Duitsland uitgevoer, nou bekend as die Magdeburg Sfeer-eksperiment. In 1654 kon die Duitse fisikus Otto von Guericke twee metaalhemisfere met 'n deursnee van slegs 30 cm styf verbind, en het toe lug uit die gevolglike struktuur gepomp en daardeur geskepgedeeltelike vakuum. Die storie vertel dat twee spanne van 8 perde elk, wat in teenoorgestelde rigtings getrek het, nie hierdie sfere kon skei nie.
Absolute vakuum: bestaan dit?
Met ander woorde, is daar 'n plek in die ruimte wat geen materie bevat nie. Moderne tegnologieë maak dit moontlik om 'n vakuum van 10-10 Pa en selfs minder te skep, maar hierdie absolute druk beteken nie dat daar geen materiedeeltjies oor is in die stelsel wat oorweeg word nie.
Kom ons draai nou na die mees leë ruimte in die Heelal – na oop ruimte. Wat is die druk in die vakuum van die ruimte? Die druk in die buitenste ruimte om die Aarde is 10-8 Pa, by hierdie druk is daar ongeveer 2 miljoen molekules in 'n volume van 1 cm3. As ons praat oor intergalaktiese ruimte, dan is daar volgens wetenskaplikes selfs daarin ten minste 1 atoom in 'n volume van 1 cm3. Boonop is ons heelal deurtrek met elektromagnetiese straling, waarvan die draers fotone is. Elektromagnetiese straling is energie wat omgeskakel kan word in die ooreenstemmende massa volgens die bekende Einstein-formule (E=mc2), dit wil sê, energie, saam met materie, is 'n toestand van materie. Dit lei tot die gevolgtrekking dat daar geen absolute vakuum in die Heelal is wat aan ons bekend is nie.
